Distribuzione Intracellulare del Rame

Il rame rameoso, come ione libero, risulta particolarmente reattivo e può danneggiare le membrane cellulari, le proteine e gli acidi nucleici. Per questo il rame (I), una volta trasportato nella cellula, è complessato con piccole proteine citosoliche, le chaperones del rame, che provvedono al suo trasferimento dal citosol ai singoli compartimenti cellulari. Atx1 è uno chaperone del rame che indirizza il metallo al sistema secretorio; Atx1 è un polipeptide citosolico di 73 aa che contiene una singola copia del motivo di legame dei metalli MTCXXC, per cui lega un singolo atomo di Cu( I ). In seguito al legame con il rame il complesso Atx1-Cu( I ) va al trans-Golgi ( TGN ) dove cede il rame alla proteina Ccc2. Quest'ultima è una proteina che fa parte della famiglia delle ATP-asi di tipo P, coinvolta nel trasporto del rame nel compartimento secretorio e nella successiva incorporazione di questo in Fet3, una ossidasi multirame che forma un complesso con la permeasi Ftr1, essenziale per il sistema di trasporto ad alta affinità del ferro; il trasporto a Fet3 è facilitato dal passaggio attraverso un canale ionico Gef1 omologo al canale Clc per il cloruro di mammifero. L'alterazione cromosomica del gene ATX1 rende le cellule incapaci di crescere in condizioni di bassi livelli di ferro proprio per la mancanza di incorporazione del rame in Fet3.

Un altro chaperone del rame, scoperto nel lievito, è Cox17 che ha il ruolo di trasportare il rame ai mitocondri per la funzione respiratoria. Cox17 è un polipeptide di 69 aa che contiene sei potenziali residui di cisteina in grado di legare i metalli e lega due ioni rame( I ). L'inattivazione del gene COX17 porta ad una perdita nell'attività della citocromo c ossidasi dovuta alla incapacità ad assemblare il complesso funzionale e a deficienza respiratoria. Cox17 prima di rilasciare il rame nel mitocondrio lo trasferisce a due proteine integrali di membrana trovate nella membrana interna del mitocondrio: Sco1 e Sco2. Il trasporto del rame nel citosol è invece regolato da Lys 7, una proteina di 249 aa che porta il Cu a Sod1(superossido dismutasi Cu/Zn). Le cellule che presentano delezione cromosomica di LYS7 hanno normali livelli di Sod, che però è inattiva in quanto manca del rame. Il meccanismo del trasferimento del rame da Lys7 a Sod non è ben chiaro; Lys7 sembra avere due domini: il primo che contiene il motivo MTCXXC ( motivo che lega i metalli ), e un secondo con una sequenza simile ad una regione della Sod. La distribuzione intracellulare degli ioni rame mediata dagli chaperones sembra essere conservata dai lieviti ai mammiferi. È stato identificato in mammifero un omologo di Atx1 detto Hah1 (Atox1) che ha una certa somiglianza con Atx1 ed è in grado di compensare i difetti associati ad una delezione del gene ATX1 nel lievito. Atox1 ha come bersaglio due ATPasi di tipo P (ATP7A e ATP7B) omologhe a Ccc2, con il ruolo di trasportare il rame a livello intercellulare.

È stata ipotizzata la possibile esistenza di uno chaperone per il trasporto del rame nel nucleo del lievito in modo che possa essere incorporato in Ace1 e Mac1, i fattori trascrizionali regolati da metalli coinvolti nell'espressione dei geni delle metallotioneine: CUP1 e CRS5. Le metallotioneine (MT) sono delle piccole proteine ricche in residui di cisteina con la funzione di sequestrare l'eccesso di rame nella cellula. Inoltre si pensa anche ad un possibile trasporto nei vacuoli ad opera di Vma3, una H+-ATPasi vacuolare del rame necessaria per una sua detossificazione. Il rame può essere trasportato anche da un altro carrier : il Glutatione, un tripeptide contenente cisteina che complessa il Cu (I) e lo trasferisce a molteplici siti di legame distribuiti nel citoplasma evitando l'accumulo del metallo e la sua tossicità. Il complesso Cu (I)-GSH non ha però la proprietà di selezione di cui godono, invece, gli chaperones nel riconoscimento della proteina bersaglio.