Assemblaggio dei Ribosomi: Chiave per Crescita e Salute

I ribosomi sono macchine fondamentali che si trovano in tutti gli organismi viventi. Svolgono un ruolo chiave nella lettura delle istruzioni genetiche contenute nel DNA, il che aiuta a costruire cellule con identità e funzioni uniche. Per questo motivo, i ribosomi devono essere assemblati correttamente. Se ci sono errori nel loro processo di fabbricazione, possono sorgere problemi nelle cellule e alla fine causare malattie nell'organismo. Negli esseri umani, problemi con l'assemblaggio dei ribosomi possono portare a un gruppo di malattie note come ribosomopatie. Queste possono causare vari problemi di salute, come riduzione delle dimensioni del cervello, disabilità di apprendimento, neurodegenerazione, crisi epilettiche, diversi tipi di tumori e vari altri sindromi.

#Prime scoperte in Drosophila

Più di cento anni fa, gli scienziati che studiavano la mosca della frutta Drosophila scoprirono quanto fosse importante un corretto assemblaggio dei ribosomi. Identificarono dei Mutanti chiamati 'mutanti Minute', che sviluppano setole sottili e piccole. Questi mutanti rallentano il loro Sviluppo, hanno occhi di forma irregolare e spesso hanno difficoltà a sopravvivere e riprodursi. Le mutazioni in questi mutanti colpiscono principalmente le unità proteiche ribosomiali.

Studi successivi rivelarono un fenomeno affascinante chiamato competizione cellulare. Questo accade quando cellule a crescita lenta, note come cellule "perdenti", sono circondate da cellule sane e a crescita rapida, chiamate cellule "vincenti". Le cellule perdenti subiscono la morte cellulare programmata (apoptosi) e vengono eliminate. Questo processo non si osserva solo nei mutanti Minute, ma anche in altre situazioni in cui le cellule vicine sono geneticamente diverse.

La competizione cellulare è stata trovata in topi, pesci zebra e cellule in coltura, suggerendo che potrebbe essere un modo comune per i tessuti di rilevare e rimuovere cellule che non crescono correttamente.

#Meccanismi alla base della competizione cellulare

Gli scienziati stanno ancora cercando di capire i meccanismi esatti dietro la competizione cellulare. Nei mutanti Minute, è stato scoperto che viene attivato un nuovo percorso di risposta allo stress, che coinvolge una proteina chiamata RpS12. Questa proteina aiuta ad attivare un fattore di trascrizione noto come Xrp1. Xrp1 può collaborare con un'altra proteina, Irbp18, per attivare geni legati alla morte cellulare, alla riparazione del DNA e alla protezione dai danni.

Xrp1 incoraggia anche la produzione di una proteina chiamata chinasi dell'apparato endoplasmatico simile a PKR (PERK), che porta a una diminuzione della traduzione proteica nelle cellule perdenti, portando alla loro eventuale morte.

#Il ruolo di Dilp8

Un gene che è fortemente influenzato da Xrp1 nelle cellule Minute si chiama dilp8. Questo gene produce un fattore legato all'insulina che viene inviato dalle cellule mutanti e inibisce un altro segnale importante per uno sviluppo tempestivo. Quando c'è un problema con Xrp1 o dilp8, il timing dello sviluppo può tornare alla normalità, indicando che dilp8 gioca un ruolo importante nel ritardare lo sviluppo in questi mutanti.

Oltre alle mutazioni che colpiscono le proteine ribosomiali, si osservano problemi di sviluppo simili anche in mutazioni che influenzano altre parti della produzione di ribosomi.

#Altri fattori che influenzano la produzione di ribosomi

In Drosophila, vari componenti all'interno del nucleolo possono anche portare a una crescita ridotta e a problemi di sviluppo quando vengono compromessi. Ad esempio, proteine come Nop60b, Nop140 e Noc1 possono influenzare negativamente la crescita. Quando Noc1 è ridotto, causa un aumento dei livelli di dilp8, simile a ciò che accade nei mutanti Minute.

Altre proteine, come la proteina ribosomiale uS5/RPS2 dei vertebrati e i suoi partner, PDCD2 e PDCD2L, sono ben studiate come regolatori della produzione di ribosomi. In Drosophila, il gene equivalente è string of pearls (sop)/RpS2. Le mutazioni in queste proteine portano agli stessi sintomi simili ai mutanti Minute, suggerendo che siano fondamentali per una corretta biogenesi ribosomiale.

#Assemblaggio dei ribosomi e le sue conseguenze

Quando si perdono proteine come uS5/RPS2, questo influisce sulla formazione e sul movimento delle subunità ribosomiali, il che può portare a vari difetti di sviluppo. Studi biochimici hanno dimostrato che uS5 può legarsi a PDCD2 e PDCD2L, che sono proteine che sembrano essersi evolute attraverso duplicazione genica prima che le diverse forme di vita si separassero.

Nei topi, la perdita di PDCD2 porta a problemi con lo sviluppo precoce degli embrioni, mentre i mutanti PDCD2L si sviluppano anche, ma hanno esiti letali in certe fasi. Entrambi PDCD2 e PDCD2L sono cruciali per creare subunità ribosomiali.

In Drosophila, la perdita di Zfrp8, che corrisponde a PDCD2, porta a numerosi problemi di sviluppo, tra cui problemi di crescita e proliferazione cellulare. Gli studi hanno dimostrato che Zfrp8 interagisce con molte proteine diverse, indicando che ha più ruoli oltre a quello di chaperone per uS5.

#Investigare la funzione di Trus

In questo studio, volevamo capire meglio la funzione di Trus, l'equivalente Drosophila di PDCD2L. Abbiamo confrontato le caratteristiche dei mutanti trus con altri mutanti come Minute e Zfrp8 per vedere somiglianze e differenze, che potrebbero indicare il ruolo specifico di Trus nell'assemblaggio dei ribosomi o in altri processi biologici.

#Creazione di mutanti trus

Per esplorare la funzione di Trus, abbiamo creato mutanti trus utilizzando una tecnica di editing genetico nota come CRISPR/Cas9. Una delle mutazioni che abbiamo trovato, trus1, causa un notevole ritardo nello sviluppo, il che fa sì che le larve colpite impieghino fino a 10 giorni per completare il loro ciclo vitale prima di raggiungere la fase pupariale. Queste larve spesso non sopravvivono fino all'età adulta.

Un'altra mutazione che abbiamo osservato ha portato a diversi ritardi di sviluppo e difetti strutturali. Quando abbiamo esaminato i tessuti dei mutanti, abbiamo scoperto che il tessuto cerebrale e le ali erano significativamente più piccoli rispetto alle mosche normali. Questo suggerisce che Trus è necessario per una corretta crescita del tessuto durante lo sviluppo larvale.

#Investigare gli effetti delle mutazioni trus

Per analizzare in profondità gli effetti delle mutazioni trus, abbiamo dissezionato i cervelli e i dischi immaginativi delle larve mutanti. Abbiamo usato anticorpi specifici per contrassegnare le cellule che si dividevano attivamente. I cervelli dei mutanti trus apparivano più piccoli e meno organizzati rispetto a quelli delle larve normali. Anche i dischi delle ali non si sviluppavano correttamente, mostrando dimensioni ridotte e forme anomale.

Mentre studiavamo ulteriori mutanti simili, abbiamo notato che le differenze tra di loro potrebbero essere dovute a come Trus interagisce con varie proteine durante l'assemblaggio dei ribosomi.

#Comprendere la struttura di Trus

La struttura di Trus e delle sue proteine correlate è altamente conservata tra diversi organismi. Analizzando i suoi domini proteici, abbiamo scoperto che Trus condivide molte caratteristiche strutturali con PDCD2L e PDCD2.

Un modello 3D previsto di Trus mostrava che ha una struttura centrale, il che supporta l'idea che svolga funzioni simili nell'assemblaggio dei ribosomi come i suoi omologhi vertebrati. La struttura consente a Trus di interagire con altre importanti proteine coinvolte nella produzione di ribosomi.

#Espressione di Trus nelle fasi larvali

Abbiamo indagato dove viene espresso Trus nelle larve di Drosophila. Alti livelli di Trus sono stati trovati nei tessuti in cui le cellule si stavano dividendo, come il cervello e i dischi immaginativi, indicando che è cruciale in queste aree durante la crescita. Era presente anche nei tessuti non in divisione, ma a livelli molto più bassi.

#Localizzazione della proteina Trus

Utilizzando anticorpi specifici per Trus, abbiamo scoperto che la proteina si trova principalmente nel citoplasma delle cellule. Può muoversi tra il nucleo e il citoplasma, il che suggerisce che potrebbe avere vari ruoli a seconda di dove si trova all'interno della cellula.

Bloccando il movimento di Trus dal nucleo, abbiamo osservato che si accumulava lì, indicando che l'esportazione di Trus dal nucleo è importante per la sua funzione.

#Esperimenti di recupero del ritardo nello sviluppo

Per vedere se potevamo correggere i ritardi nello sviluppo causati dalle mutazioni trus, abbiamo trattato le larve con ecdisone, l'ormone responsabile della muta e della metamorfosi negli insetti. Alimentare sia l'ormone che il suo precursore ha portato a un certo miglioramento nel timing dello sviluppo, ma sfortunatamente, tutti i mutanti trus trattati sono ancora morti prima di raggiungere l'età adulta.

#Esplorare i difetti di crescita e proliferazione dei tessuti

Quando abbiamo esaminato la crescita dei tessuti nei dischi delle ali in cui i livelli di Trus erano ridotti usando driver specifici, abbiamo osservato che c'era una significativa diminuzione del numero di cellule che si dividevano attivamente. Questo implica che Trus svolge un ruolo chiave nel promuovere la crescita durante lo sviluppo.

Al contrario, non c'era un aumento della morte cellulare (apoptosi) nei cervelli o nelle ali dei mutanti trus, il che suggerisce che Trus è essenziale per una crescita normale ma non provoca una morte cellulare eccessiva quando è assente.

#Identificazione di percorsi chiave coinvolti

Abbiamo anche studiato se il percorso Xrp1-Dilp8 fosse influenzato dall'assenza di Trus. Abbiamo ridotto Xrp1 o Dilp8 nei mutanti trus e abbiamo scoperto che questo ha ridotto significativamente i ritardi nello sviluppo, confermando che questo specifico percorso impatta la crescita e il timing dello sviluppo.

#Funzione di Trus nell'oogenesi

Oltre al suo ruolo nella crescita generale e nello sviluppo, abbiamo scoperto che Trus è anche cruciale per la formazione delle strutture ovariche nelle mosche femmine. Anche quando siamo riusciti a recuperare alcuni aspetti della letalità dei mutanti trus attraverso l'espressione specifica di Trus, le femmine erano comunque risultate sterili.

Esaminando le ovaie delle femmine recuperate, abbiamo visto che la formazione delle uova era gravemente compromessa, portando a una completa assenza di uova mature.

#Conclusione

Attraverso un'analisi dettagliata dei mutanti trus, abbiamo acquisito importanti informazioni sul ruolo di Trus nella crescita, nella biogenesi ribosomiale e nell'oogenesi in Drosophila. I risultati evidenziano come le alterazioni nella funzione dei fattori di assemblaggio dei ribosomi possano avere effetti profondi sullo sviluppo e sulla crescita dei tessuti. Le somiglianze osservate tra Trus e i suoi omologhi vertebrati suggeriscono che studiare queste proteine potrebbe portare a una migliore comprensione delle loro funzioni e delle loro implicazioni in varie malattie.