Cluster e mobilità nella membrana cellulare
La formazione di gruppi di molecole o piattaforme di segnalazione transitorie e stabili svolge probabilmente un ruolo nella determinazione della polarità cellulare, l’organizzazione spaziale asimmetrica di varie entità cellulari. La polarità è essenziale per il funzionamento di molti se non di tutti i tipi di cellule e pertanto le piattaforme di segnalazione possono influire direttamente o indirettamente su molte funzioni cellulari. Nonostante il ruolo importante di questi assiemi nelle membrane plasmatiche delle cellule, i meccanismi fondamentali che presiedono alla loro formazione e alla loro dinamica sono ancora scarsamente conosciuti. Gli scienziati finanziati dall’UE che lavorano al progetto MODELLING DIFFUSION hanno sviluppato modelli matematici della diffusione dei cluster proteine-lipidi in membrane non omogenee. Il consorzio ha creato per la prima volta un modello matematico per simulare le fasi iniziali di sviluppo della polarità neuronale. Nella cellula tipica, l’assone che invia il segnale si protende da un lato del corpo cellulare, mentre l’albero dendritico di ricezione dei segnali si sviluppa sul lato opposto. La formazione assone-dendrite è una delle fasi più critiche dello sviluppo cerebrale. Analisi approfondite dei punti di equilibrio e delle biforcazioni hanno facilitato lo studio della rottura della simmetria spontanea, con risultati che sono stati pubblicati su una rivista scientifica con revisione paritaria (PloS ONE). Il team ha proseguito sviluppando una versione stocastica del modello deterministico, da cui emerge che la formazione di un singolo polo di asimmetria molecolare è molto resistente ai disturbi, inoltre, la regione di auto-organizzazione è risultata più grande e la polarizzazione neuronale ha mostrato di potersi verificare anche con una forza di feedback ridotta. Questo lavoro è stato pubblicato su una rivista scientifica e sottoposta a revisione paritaria (European Physical Journal B). I ricercatori hanno studiato anche la diffusione di uno dei principali recettori dei neurotrasmettitori eccitatori, esaminando le differenze di diffusione tra neuroni vecchi e giovani durante l’attivazione con il glutammato. Il lavoro è stato pubblicato nella rivista scientifica con revisione paritetica EMBO Molecular Medicine. Per analizzare i dati ottenuti dal monitoraggio delle singole particelle, il team ha sviluppato un’applicazione software per MatLab (APM_GUI), distribuendola con le condizioni di licenza pubblica generale GNU. L’algoritmo è stato pubblicato nella rivista scientifica con revisione paritetica BMC Biophysics. Il consorzio, infine, ha iniziato lo studio dei cambiamenti subiti dalla diffusione di membrana di un obiettivo chiave della fosforilazione, un importante percorso di segnalazione, esaminando in particolare la possibile correlazione tra i cambiamenti dei modelli di diffusione che si verificano con l’età e il declino delle funzioni cognitive e motorie. Le descrizioni matematiche della polarità cellulare sviluppate dal progetto MODELLING DIFFUSION hanno permesso di conoscere meglio i meccanismi di diffusione delle membrane cellulari. Il team sta facendo luce sulle fasi di sviluppo, funzione normale, invecchiamento e malattia, con particolare attenzione al ruolo della formazione e del mantenimento dei cluster.
Parole chiave
Membrana cellulare, proteine, lipidi, meccanismi di diffusione, polarità cellulare
