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La nanoscienza della segnalazione del calcio cellulare

Gli ioni di calcio (Ca2+) svolgono un ruolo fondamentale nel metabolismo e nella comunicazione cellulare. I ricercatori di un progetto europeo hanno chiarito i meccanismi di base del trasporto e della conservazione di Ca2+ all’interno della cellula.
La nanoscienza della segnalazione del calcio cellulare
Le cellule viventi acquisiscono continuamente gli ioni e le molecole di cui hanno bisogno dall’ambiente extracellulare e il trasporto si svolge anche tra l’interno e l’esterno dei vari componenti intracellulari della membrana, come nucleo, reticolo endoplasmatico (endoplasmic reticulum, ER) e mitocondri.

Il progetto QUMOCA (Quantitative modelling of calcium signalling in vascular smooth muscle nanojunctions), finanziato dall’UE, ha studiato il meccanismo del trasporto extracellulare di Ca2+ nel reticolo endoplasmatico, che è il principale organulo di conservazione del Ca2+ delle cellule di tutti i mammiferi. In particolare, il progetto si è concentrato sull’esame della comunicazione tra i vari organuli nei siti di contatto della membrana e sulla loro architettura in nanoscala.

La caratterizzazione iniziale della linea cellulare endoteliale vascolare ha rivelato che il potenziale di membrana delle cellule era il principale determinante dello scambio di Ca2+. Dalla caratterizzazione elettrofisiologica è emerso l’impatto che le condizioni di coltura cellulare comuni possono avere sugli aspetti di dettaglio del meccanismo di scambio del Ca2+ nel reticolo endoplasmatico.

I risultati sperimentali hanno portato alla conclusione che le nanogiunzioni tra membrana plasmatica e reticolo endoplasmatico sono critiche per l’omeostasi del Ca2+ cellulare. A conferma di questi risultati, il team ha svolto le misurazioni funzionali, seguite da imaging con microscopio elettronico della trasmissione.

La conclusione principale a cui sono giunti i ricercatori è che la segnalazione Ca2+ dall’esterno delle cellule endoteliali vascolari avviene attraverso i contatti nanogiunzionali tra la membrana cellulare e il reticolo endoplasmatico. Il trasporto in sé è regolato da due serie di proteine: gli scambiatori Na+/Ca2+ e i canali Orai Ca2+, che vengono attivati all’esaurimento dei depositi di Ca2+ nel reticolo endoplasmatico.

I nuovi dati raccolti hanno permesso di gettare solide basi per lo sviluppo di modelli quantitativi delle correnti ioniche giunzionali, che permetterebbero di comprendere meglio i meccanismi chiave della patofisiologia umana.

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Keywords

Ca2+, membrana, reticolo endoplasmatico, nanogiunzioni, QUMOCA, canali Orai Ca2+
Numero di registrazione: 190697 / Ultimo aggiornamento: 2016-12-14