Grumi di proteine come memoria

I lieviti hanno una vita sentimentale piuttosto complicata. Da un lato, una cellula madre può produrre cellule figlie geneticamente identiche attraverso la divisione cellulare (mitosi). D'altra parte, le cellule di lievito provenienti da due tipi di accoppiamento diversi possono fondersi insieme e quindi combinare due serie diverse di geni. Due cellule di lievito con un set di cromosomi ciascuna diventano un cosiddetto zigote di lievito con due set di cromosomi.

Affinché due cellule di lievito disposte a fondersi si avvicinino l'una all'altra, ogni tipo di accoppiamento emette un attrattivo specifico. Se lo percepiscono, la divisione cellulare si arresta e i partner di accoppiamento formano una speciale estensione, una sorta di processo di accoppiamento. Se queste si incontrano, le cellule possono fondersi e formare lo zigote. Se invece i partner non si incontrano, entrambi continuano a produrre prole per via asessuata.

Memoria insospettata

I ricercatori dell'ETH Fabrice Caudron e Yves Barral, professore di biochimica, hanno scoperto un meccanismo finora sconosciuto grazie al quale le cellule di lievito possono memorizzare "cattive esperienze" in termini di riproduzione. Se un tentativo di approccio non dà risultati, la cellula fallita forma una memoria molecolare. La proteina Whi3 viene rimodellata e quindi inattivata. Una volta rimodellata, la Whi3 modificata "infetta" altre proteine simili. Queste si attaccano l'una all'altra e formano degli aggregati. La cellula di lievito difficilmente riesce a scioglierli. Gli aggregati di Whi3 fanno sì che i futuri "amanti" debbano inviare una quantità molto più elevata di sostanza messaggera perché la cellula possa reagire. Se la quantità è troppo bassa, la cellula continuerà a dividersi solo mitoticamente.

"Finora nessuno aveva mai sospettato che una tale memoria potesse essere presente in un organismo unicellulare", afferma Yves Barral, sottolineando l'unicità della scoperta. ? interessante notare che esiste un legame tra memoria e invecchiamento. Infatti, con l'invecchiamento, i frammenti di memoria si accumulano nella cellula sotto forma di aggregati. "Trovare un partner sessuale adatto diventa sempre più difficile con il passare del tempo", spiega l'ETH. Questo perché il processo di aggregazione può essere difficilmente invertito. Solo molto raramente la memoria viene persa, perché la cellula può rompere gli aggregati. Le cellule figlie che una cellula madre taglia non ereditano la memoria; gli aggregati rimangono nella madre. In questo modo, la progenie non è precaricata e la cellula figlia è giovane. Il modo in cui la cellula madre conserva gli aggregati proteici è un meccanismo importante che Barral e Caudron stanno attualmente studiando.

La memoria risparmia energia

Non è ancora chiaro perché le cellule di lievito conservino queste sostanze (e altre). "Una memoria potrebbe quindi essere utile al lievito per evitare ulteriori tentativi di accoppiamento improduttivi ma dispendiosi dal punto di vista energetico", afferma Caudron, che ha condotto ricerche su questo fenomeno negli ultimi sei anni. Il lievito si trova in un dilemma. Se forma solo cloni, la popolazione diventa geneticamente uniforme e può estinguersi, ad esempio, in caso di un improvviso cambiamento delle condizioni ambientali. La riproduzione sessuale, invece, porta a una popolazione geneticamente variabile, ma le cellule devono spendere più energia. I lieviti "traditori" sono un problema in questo caso. Se un'altra cellula o addirittura un organismo estraneo produce l'attrattivo senza offrire un'opportunità di accoppiamento, una cellula imparziale attende invano il presunto partner e nel frattempo non si divide più. In questo modo viene eliminata come concorrente per le sostanze nutritive, a suo svantaggio. Vale quindi la pena reagire agli attrattori solo se il successo riproduttivo è garantito. Una cellula di lievito ha questa possibilità solo se l'attrattivo è molto concentrato e indica l'immediata vicinanza di un partner.

Da batterio a organismo multicellulare

Con il loro lavoro, gli scienziati dell'ETH hanno dimostrato per la prima volta una forma di memoria non ereditaria in un organismo unicellulare. Tuttavia, il sistema di aggregati proteici sembra essere universale e relativamente antico nella storia evolutiva. Barral conosce anche batteri che "invecchiano" come le cellule di lievito. Egli ipotizza che anch'essi possano avere un meccanismo di memoria simile. Un simile meccanismo è stato dimostrato anche nella Drosophila, la mosca dell'aceto. I maschi eseguono una danza di corteggiamento per conquistare il favore di una femmina. Se questa è già stata fecondata, non risponde. Il maschio immagazzina questa esperienza nelle terminazioni nervose, le sinapsi, con l'aiuto di aggregati proteici. Per Barral e Caudron, questa è la prova che i processi di memoria negli organismi multicellulari e unicellulari sono molto simili. "Chi avrebbe mai pensato che un organismo unicellulare come il lievito potesse aiutarci a capire come immagazziniamo le nostre esperienze?", afferma Barral.