L’interazione spazio-temporale tra il secondo messaggero AMP ciclico (cAMP) e il suo principale effettore, la protein chinasi A (PKA), è cruciale per la natura pleiotropica di questa cascata di segnali. Per mantenere un alto grado di specificità, l’asse cAMP/PKA è organizzato in unità funzionali chiamate microdomini, distribuite con precisione all’interno della cellula. Se da un lato la localizzazione subcellulare della PKA è garantita da una famiglia di proteine di ancoraggio chiamate A-Kinase Anchoring Proteins (AKAPs), dall’altro i meccanismi che sottendono il confinamento efficiente degli effetti funzionali di un microdominio non sono ancora pienamente compresi. In questo studio abbiamo utilizzato sensori basati su FRET per rilevare i livelli di cAMP e la fosforilazione dipendente da PKA in specifici compartimenti subcellulari. Abbiamo osservato che i livelli di cAMP cellulare possono dipendere da diversi meccanismi ed essere responsabili dell’attivazione locale degli enzimi PKA. Al contrario, le azioni defosforilanti delle fosfatasi determinano la durata degli effetti del microdominio.Per testare l’estensione spaziale dell’azione dei microdomini PKA, abbiamo utilizzato nanorighelli rigidi di natura aminoacidica per distanziare i nostri sensori FRET dalla loro posizione originale di 10 o 30 nm. In modo interessante, abbiamo stabilito che i livelli di cAMP non influenzano il raggio spaziale del microdominio, mentre l’attività delle fosfatasi fornisce un limite funzionale ai bersagli fosforilati dalla PKA.Infine, applicando la stessa strategia per distanziare le fosfatasi dai mitocondri, abbiamo riscontrato che enzimi localizzati in prossimità della membrana mitocondriale esterna inducevano un fenotipo frammentato, che non veniva osservato quando le fosfatasi venivano spostate a 30 nm dalla superficie dell’organello. I nostri risultati contribuiscono a delineare un quadro in cui due eventi di formazione di microdomini hanno ruoli distinti: gli aumenti di cAMP innescano l’attivazione iniziale delle porzioni subcellulari di PKA, mentre l’estensione temporale e spaziale delle azioni della PKA è regolata dalle fosfatasi.
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