Il mammut lanoso (Mammuthus primigenius), vissuto nel Pleistocene, era una specie adattata a vivere in ambienti dal clima estremamente rigido, ma i suoi antenati erano elefanti provenienti dai tropici, abituati quindi a temperature più miti. Come hanno fatto a resistere e adattarsi a temperature tanto inferiori?

Secondo uno studio svolto da un team di ricercatori biomedici del Columbia University Irving Medical Center e pubblicato su Nature Structural and Molecular Biology, ad influire sulla capacità dei mammut di adattarsi a temperature più rigide sarebbero state mutazioni del gene che codifica per una proteina regolatrice del flusso ionico attraverso le membrane cellulari, chiamata TRPV3.

La proteina TRPV3 fa parte di una famiglia di canali ionici non selettivi che si trovano nelle membrane delle cellule epiteliali. Ciascuna tipologia di canale appartenente a questa famiglia viene attivata da un differente range di temperatura, che nel caso di TRPV3 va dai 22 ai 40°C.

Il gene che codifica per questa proteina si trova nel DNA di tutti i vertebrati, inclusi i mammut lanosi. Negli esseri umani la sua mutazione – con conseguente modifica della conformazione e del funzionamento della proteina – può provocare malattie della pelle come dermatite atopica, sindrome di Olmsted e rosacea.

I ricercatori della Columbia University hanno ottenuto immagini del canale ionico utilizzando una tecnica chiamata microscopia crioelettronica, un tipo di microscopia elettronica a trasmissione in cui il campione viene studiato a temperature criogeniche. Le molecole sono state congelate all’interno di uno strato di ghiaccio estremamente sottile e bombardate con un fascio di elettroni, così da ottenerne un’immagine 2D che è stata successivamente utilizzata per costruire un dettagliato modello 3D della proteina.

In questo modo gli scienziati hanno potuto osservare nel dettaglio il funzionamento della molecola e in particolare come il canale si apra e si chiuda per permettere l’ingresso degli ioni nelle cellule epiteliali. Questo scambio di ioni induce nell’organismo reazioni alle sensazioni di dolore e prurito e ai cambiamenti della temperatura.

L’interazione tra proteine e lipidi – principali costituenti della membrana cellulare – è influenzata dalla temperatura e lo studio mostra proprio che i lipidi di membrana entrano in contatto con il canale ionico in più regioni. Il TRPV3 del mammut contiene una mutazione proprio in una delle aree di contatto tra la molecola e i lipidi di membrana: ciò potrebbe aver influito sulla capacità di percepire la temperatura da parte della proteina e di conseguenza da parte dei mammut, il che spiegherebbe come si siano adattati al nuovo ambiente freddo.

I ricercatori utilizzeranno il modello 3D di TRPV3 anche per indagare con che modalità le modifiche alla proteina causino i malfunzionamenti alla radice delle malattie della pelle negli esseri umani, così da poter produrre medicinali utili al loro trattamento.


Riferimenti:
Appu K. Singh, Luke L. McGoldrick, Alexander I. Sobolevsky. Structure and gating mechanism of the transient receptor potential channel TRPV3. Nature Structural & Molecular Biology, 2018; DOI: 10.1038/s41594-018-0108-7

Immagine credit by Tracy O, via Wikimedia Commons