Un’analisi di uno spettacolo di luci cellulare
L’infiammazione è la manifestazione esterna della reazione protettiva del corpo rispetto a danni o lesioni ai tessuti. Le sostanze migrano nel sito del danno, per riparare il tessuto circostante. D’altra parte, di fatto, l’infiammazione cronica causa danni ai tessuti. Svolge un ruolo in una miriade di malattie molto diffuse, che spaziano dall’asma all’osteoartrite. I fattori di trascrizione che controllano l’espressione genica svolgono un ruolo nella risposta infiammatoria. Alcuni componenti della famiglia del fattore nucleare kB (NF-kB) regolano più passaggi. Il supporto dell’UE al progetto NONLIN-KB (“Role of nonlinear dynamics of NF-kB in inflammation”) ha consentito ad alcuni scienziati l’opportunità di studiare le oscillazioni di NF-kB tra il citoplasma e il nucleo e di analizzarle matematicamente. A livello sperimentale, per indurre e osservare le oscillazioni era necessario costruire una configurazione speciale per acquisire le immagini di cellule con NF-kB marcato a fluorescenza. La configurazione consente una perfusione microfluidica della cellule con vari fattori biochimici e l’acquisizione simultanea di immagini. La quantificazione delle risposte di centinaia di cellule ha imposto lo sviluppo di un software apposito. Gli algoritmi utilizzano quantificatori ricavati dalla teoria della dinamica non lineare, per descrivere la dinamica osservata attraverso un’analisi di serie cronologiche. Il team ha riprodotto fedelmente le osservazioni sperimentali con un modello semplificato che sfrutta soltanto tre livelli di regolazione. Dovrebbe risultare uno strumento importante per predire possibili meccanismi di regolazione della trascrizione di NF-kB. Con questi potenti strumenti a disposizione, i ricercatori hanno scoperto che le oscillazioni sono molto più complicate di quanto ritenuto in precedenza. Possono essere periodiche o meno e possono anche iniziare spontaneamente in assenza di stimoli. In molte condizioni, le cellule possono manifestare dinamiche coordinate oppure oscillazioni NF-kB sincrone. Tuttavia, in presenza di stimoli periodici, il comportamento coordinatore può avvenire in modo molto eterogeneo tra le cellule. È stato osservato il dexametasone, un farmaco comunemente utilizzato per il trattamento di malattie infiammatorie, in relazione ai suoi effetti sulle oscillazioni indotte da stimolazione. Non solo ha modificato la dinamica delle oscillazioni, ma anche il profilo di trascrizione, fornendo un potenziale mezzo attivatore per controllare le risposte infiammatorie. Il progetto multidisciplinare NONLIN-KB ha applicato la dinamica non lineare allo studio delle fluttuazioni intracellulari nello spazio e nel tempo di un fattore di trascrizione che controlla la risposta infiammatoria. I modelli hanno fornito nozioni approfondite sui cambiamenti indotti da stimoli e indicano potenziali bersagli ai fini della terapia.
Parole chiave
Dinamica non lineare, infiammazione, fattore nucleare kB, NF-kB, oscillazioni
