Nei primi minuti in cui l’ossigeno viene a mancare, le cellule non restano passive: attivano una risposta immediata, precisa, quasi automatica.
È in questo intervallo temporale minimo che si gioca una partita decisiva per la sopravvivenza.
A governarla, secondo un nuovo studio pubblicato su PNAS, è un singolo circuito molecolare basato su una proteina che agisce come un vero e proprio interruttore biologico.
Una scoperta che unisce mondi apparentemente lontani — piante, animali ed esseri umani — sotto un meccanismo condiviso di adattamento alla carenza di ossigeno.
La ricerca, frutto di una collaborazione internazionale tra Università di Pisa, Scuola Superiore Sant’Anna e Università di Oxford, ha individuato il processo che si attiva nei primissimi istanti di ipossia.
È un tempo brevissimo, nell’ordine di pochi minuti, ma cruciale: è qui che si decide se la cellula riuscirà ad adattarsi o soccombere.
“Abbiamo dimostrato che l’avvio della risposta all’ipossia dipende da un unico circuito molecolare basato su una proteina”, spiega Beatrice Giuntoli, docente del Dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa.
“È come un interruttore: nei primi minuti le cellule capiscono che manca ossigeno e attivano subito le difese”.
Il dato più significativo riguarda la conservazione evolutiva di questo meccanismo.
Non si tratta di una peculiarità delle piante, ma di un sistema che, con variazioni, si ritrova anche negli esseri umani.
“Una proteina molto simile è presente anche nell’uomo e partecipa ai meccanismi con cui le cellule percepiscono le variazioni di ossigeno”, aggiunge Giuntoli.
“Non è l’unico sistema negli esseri umani, ma in alcuni tessuti potrebbe avere un ruolo importante e con tempistiche molto rapide, analoghe a quelle osservate nelle piante”.
Nel regno vegetale, questo “sensore” è rappresentato dalle Plant Cysteine Oxidases (PCO), una famiglia di enzimi che rileva la disponibilità di ossigeno.
Quando i livelli di ossigeno calano, le PCO funzionano come sentinelle molecolari, innescando una cascata di reazioni per affrontare stress come le alluvioni.
Negli esseri umani, un ruolo analogo è svolto dall’enzima ADO, omologo funzionale delle PCO vegetali.
Anche in questo caso, si tratta di un sistema che contribuisce alla percezione dell’ossigeno nei tessuti, intervenendo nelle fasi iniziali della risposta cellulare.
Questo meccanismo si distingue per la sua rapidità e per la capacità di attivarsi quasi istantaneamente.
I ricercatori hanno utilizzato strumenti di biologia sintetica per isolare il circuito molecolare e studiarlo nella sua forma essenziale.
In pratica, il sistema è stato “trapiantato” dalle piante in cellule di lievito, un organismo che naturalmente non possiede questo meccanismo.
Questo ha permesso di dimostrare che il circuito è sufficiente da solo ad avviare la risposta all’ipossia.
L’esperimento ha confermato che l’attivazione avviene in tempi estremamente rapidi, circa cinque minuti.
Un intervallo che precede l’intervento di altri sistemi già noti, i quali stabilizzano la risposta successivamente.
Ma è proprio questo primo segnale a determinare l’efficacia complessiva della reazione.
La scoperta apre prospettive rilevanti dalla fisiologia vegetale alla medicina, fino allo studio di patologie legate all’ipossia.
“Nelle piante, la carenza di ossigeno è una condizione frequente, ad esempio durante le alluvioni”, conclude Giuntoli.
“In questi contesti, la rapidità della risposta può fare la differenza tra sopravvivenza e morte”.
Una dinamica che riguarda anche noi: quando l’ossigeno si riduce, è una singola proteina ad accendere il primo segnale di difesa della vita.
