An architectural switch in the evolution of the γ-tubulin ring complex

Immaginate l'interno di una cellia vivente come una città microscopica in pieno fermento. Per mantenere questa città organizzata e in movimento, ha bisogno di uno scheletro interno robusto fatto di minuscoli tubi cavi chiamati microtubuli. Pensate a questi tubi come alle travi d'acciaio di un grattacielo o ai binari per un treno ad alta velocità. Ma ecco la parte complicata: questi binari non appaiono dal nulla. Hanno bisogno di uno stampo attorno al quale essere costruiti, un progetto maestro che indichi ai blocchi da costruzione esattamente come disporsi. Nella maggior parte degli esseri viventi, questo progetto è una macchina speciale chiamata complesso anulare della $\gamma$-tubulina, o $\gamma$-TuRC per brevità. Questa macchina di solito costruisce binari con esattamente 13 corsie (o "protofilamenti") che corrono lungo il tubo. Tuttavia, la natura è piena di eccezioni. Alcuni organismi, come il minuscolo verme tondo C. elegans, costruiscono i loro binari con sole 11 corsie. Per molto tempo, gli scienziati sono rimasti perplessi: come fa la stessa tipologia di macchina a passare dalla costruzione di un'autostrada a 13 corsie a una a 11 corsie? Perché il progetto cambia forma?

Questo articolo si addentra in questo mistero fornendo un'istantanea 3D super nitida della macchina $\gamma$-TuRC di C. elegans utilizzando una potente tecnica di imaging chiamata criomicroscopia elettronica. I ricercatori hanno scoperto che la macchina del verme ha la forma di un cono, che corrisponde perfettamente alla necessità di costruire quei binari a 11 corsie. Ma la vera sorpresa è come lo fa. Mentre la maggior parte delle macchine utilizza un set standard di componenti, la versione del verme ha sostituito alcuni dei suoi ingranaggi abituali. Invece dei componenti standard presenti in altre creature, utilizza una ruota unica a quattro raggi composta da copie extra di una proteina chiamata GCP2 e da due proteine speciali trovate solo nei nematodi (GTAP-1 e GTAP-2). Lo studio suggerisce anche che quando questa macchina non tiene in mano una molecola di "carburante" (un nucleotide), alcune delle sue parti appaiono un po' flosce o srotolate, lasciando intendere che il carburante sia ciò che mantiene la struttura rigida e pronta a lavorare.

Forse il colpo di scena più affascinante è ciò che è accaduto quando gli scienziati hanno preso proprio quella ruota unica a quattro raggi e l'hanno testata in una provetta. Hanno scoperto che queste ruote potevano effettivamente collegarsi per formare un modello a 13 corsie, ovvero la dimensione "standard", piuttosto che la dimensione a 11 corsie utilizzata dal verme in natura. Ciò suggerisce che la macchina sia incredibilmente flessibile; ha il potenziale per costruire forme diverse, ma nel caso del verme, parti specifiche sono riutilizzate per bloccarla nella modalità a 11 corsie. Il documento non sostiene di aver risolto ogni mistero su come le cellule costruiscano i loro scheletri, ma fornisce un chiaro progetto strutturale di come un organismo specifico adatti i propri strumenti per costruire un microtubulo non standard a 11 corsie, mostrandoci come l'evoluzione possa perfezionare una macchina universale per crearne una nuova.