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Vie molecolari nella differenziazione cellulare

La regolazione genica è importante durante la differenziazione delle cellule e per il controllo delle vie molecolari in un organismo funzionante. Alcuni ricercatori finanziati dall’UE hanno studiato come tali sistemi viventi (sia interi organismi, sia vie regolatorie) riescono ad agire in modo tanto preciso.
Vie molecolari nella differenziazione cellulare
Il progetto REGULATING FLIES (Physical principles of molecular signal integration in early fly development) ha affrontato la questione fondamentale relativa al modo con cui si controllano le vie molecolari relative alla differenziazione delle cellule. Hanno inventato una tecnica per indagare sulla dinamica della trascrizione nelle fasi iniziali di sviluppo nell’organismo modello, costituito dalla mosca della frutta.

Nello sviluppo della mosca della frutta, le proteine attivano sequenzialmente i geni, la cui espressione dispone il modello per i segmenti del corpo dell’insetto. I geni portano il codice genetico delle proteine, che svolgono funzioni specifiche. La sfida risiedeva nel comprendere come i geni venissero attivati nel punto e nel momento corretti durante lo sviluppo, per produrre un organismo adulto funzionante.

Studi precedenti avevano dimostrato che non tutte le possibili vie molecolari si realizzano in natura. Pertanto, alcune soluzioni molecolari potrebbero risultare più adatte per particolari funzioni, come la riduzione del rumore, l’elaborazione di informazioni o la variazione fenotipica all’interno di una popolazione. Tali idee sono state testate da REGULATING FLIES, che ha sviluppato un kit di strumenti genetico con cui è stato possibile eseguire misurazioni dettagliate negli embrioni della mosca.

I ricercatori hanno analizzato i dati ricavati dal processo di trascrizione della mosca della frutta. Dopo un periodo iniziale di inattività dopo la divisione cellulare (mitosi), la trascrizione nel locus dell’hunchback avviene a scatti, con evidenti stati di attività ridotta e intensificata.

Gli scienziati hanno anche identificato deboli firme di memoria dello stato trascrizionale tra successivi cicli cellulari. Utilizzando un sistema molto rumoroso nello sviluppo della mosca, il team ha identificato per la prima volta una forte memoria trascrizionale in fase di sviluppo. Inoltre, i ricercatori hanno studiato il ruolo di proteine omeodominio nel legame delle proteine fattori di trascrizione come la bicoid, per regioni regolatorie lungo il DNA. La bicoid specifica quale estremità dell’uovo diverrà la testa dell’insetto.

REGULATING FLIES ha svolto la validazione sperimentale di reti molecolari nelle mosche della frutta. I genetisti e i biofisici hanno lavorato insieme per chiarire l’espressione di geni coordinata spaziotemporale durante lo sviluppo, descrivendone le interazioni in termini quantitativi. In definitiva, tali informazioni serviranno per stabilire i principi fisici globali sottostanti a interazioni complesse.

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Keywords

Differenziazione, REGULATING FLIES, trascrizione, hunchback, proteina omeodominio