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Un nuovo studio mette in luce il modo in cui le membrane cellulari rilevano la tensione elettrica

I ricercatori finanziati dall’UE hanno tentato di fornire una comprensione più completa circa i meccanismi alla base delle regioni in grado di rilevare la tensione elettrica nelle membrane cellulari.
Un nuovo studio mette in luce il modo in cui le membrane cellulari rilevano la tensione elettrica
Il potenziale elettrico presente nelle membrane cellulari viene rilevato da proteine specializzate dette canali ionici dipendenti dalla tensione. Questi rappresentano un tipo di canale transmembrana responsabile del trasporto di ioni caricati. Nella regione transmembrana di queste proteine il campo elettrico cambia maggiormente; rilevando il campo elettrico, le proteine mediano il controllo da parte della tensione elettrica in grado di aprire e chiudere il canale ionico.

Alcuni metodi di simulazione al computer hanno fatto luce sui processi molecolari coinvolti nei moduli di rilevamento della tensione dei canali ionici dipendenti da tale grandezza fisica. Nel progetto VOLTSENS (Probing the sequence determinants of ion channel voltage sensing via computation: Towards the design of custom-tailored voltage-sensing modules), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno voluto approfondire il meccanismo di attivazione dei moduli di rilevamento della tensione.

Particolare attenzione è stata posta sul rilevamento dei marcatori conservati e quindi sulla determinazione relativa alla funzione dei moduli di rilevamento della tensione. In primo luogo, il team ha utilizzato la modellizzazione atomistica per calcolare l’energia libera delle transizioni di stato relative al canale del potassio. Lo studio del meccanismo di attivazione in quanto al dominio di rilevamento della tensione relativa al canale del potassio ha colmato le visioni microscopiche e macroscopiche riguardanti la dinamica dei canali ionici e ha confermato il ruolo critico a lungo sospettato in relazione alle barriere che determinano il controllo della porta di canale.

Utilizzando la ricchezza di dati generati dalle simulazioni di dinamica molecolare, il team ha raggiunto un ulteriore chiarimento del ruolo relativo ai residui, nel meccanismo di attivazione dei domini di rilevamento della tensione. I risultati hanno inoltre contribuito a fare ulteriore luce sul ruolo delle mutazioni dei residui colpevoli di malattie cardiovascolari.

I moduli di rilevamento della tensione possono essere immaginati come macchine biomolecolari modulari che trasducono segnali elettrici all’interno delle cellule, attraverso un meccanismo di attivazione altamente conservativo. Sulla base di ciò, il team ha costruito un allineamento di diverse sequenze di rilevamento della tensione e ha ricercato schemi e regolarità che riflettono il modo in cui i principi evolutivi controllano la funzione tensione-sensore. I modelli sono risultati essere in linea con i risultati sperimentali e sono serviti per formulare ipotesi verificabili sulle proprietà strutturali e funzionali dei domini di rilevamento della tensione.

Le analisi comparative su grandi insiemi di sequenze di canali ionici relativi a sodio e potassio hanno rivelato caratteristiche specifiche di questi canali e hanno permesso la progettazione di un modello di blocco selettivo dei canali.

I risultati del progetto sono stati pubblicati in riviste specializzate.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Membrane cellulari, rilevamento di tensione, canali ionici dipendenti dalla tensione, VOLTSENS, canale del potassio