Tworzenie się klastrów i mobilność w błonie komórkowej
Powstawanie przejściowych i stabilnych platform przekazywania sygnałów lub grup cząsteczek odgrywa prawdopodobnie rolę w tworzeniu się polaryzacji komórek, tj. asymetrycznej organizacji przestrzennej różnych elementów komórki. Polaryzacja ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania wielu, jeżeli nie wszystkich typów komórek, a tym samym platformy przekazywania sygnałów wpływają pośrednio lub bezpośrednio na liczne funkcje komórkowe. Pomimo ważnej roli tych zespołów w błonie plazmowej komórek, podstawowe mechanizmy ich powstawania i dynamika nie są dobrze znane. W ramach projektu MODELLING DIFFUSION finansowany ze środków UE zespół badawczy opracował modele matematyczne dyfuzji kompleksów białkowo-lipidowych w niejednorodnych błonach. W pierwszej kolejności badacze opracowali model matematyczny do symulacji wczesnych etapów rozwoju polaryzacji neuronalnej. Stereotypowa komórka posiada przesyłający sygnały akson, ciągnący się z jednej strony ciała komórki, oraz odbierające sygnały drzewo dendrytyczne po stronie przeciwnej. Formowanie się układu akson-dendryt jest jednym z najważniejszych etapów rozwoju mózgu. Szeroko zakrojona analiza punktów równowagi i bifurkakcji ułatwiła badanie spontanicznego załamywania się symetrii, a wyniki tych prac opublikowano w czasopiśmie naukowym (PloS ONE). Następnie uczeni przystąpili do opracowania wersji stochastycznej deterministycznego modelu. W tym ostatnim przypadku wykazano, że formowanie się pojedynczego bieguna asymetrii molekularnej jest bardzo odporne za zakłócenia. Ponadto obszar samoorganizacji staje się większy, a polaryzacja neuronalna może zachodzić nawet przy zmniejszonej sile sprzężenia zwrotnego. Te prace także opublikowano w czasopiśmie naukowym (Eur. Phys. J. B). Uczeni badają także dyfuzję jednego z najważniejszych wzbudzających receptorów neuroprzekaźnikowych (glutaminowych). Analizowano także różnice w dyfuzji między młodymi starszymi neuronami podczas aktywacji przy pomocy glutaminu. Opis wyników badań został opublikowany w czasopiśmie naukowym EMBO Molecular Medicine. Aby przeanalizować dane uzyskane metodą śledzenia pojedynczej cząstki, opracowano aplikację dla MatLab (APM_GUI), która jest rozpowszechniana za zasadach publicznej licencji GNU. Algorytm opublikowano czasopiśmie naukowym BMC EMBO Biophysics. Zespół rozpoczął też badania nad zmianami dyfuzji ważnego celu fosforylacji w błonie, stanowiącego istotny szklak sygnałowy. Uczeni przyglądają się potencjalnej korelacji między zmianami wzorców dyfuzji a starzeniem się oraz utratą zdolności poznawczych i motorycznych. Matematyczne opisy polaryzacji komórkowej opracowane w ramach projektu MODELLING DIFFUSION dostarczają nowych informacji na temat mechanizmów dyfuzji w błonach komórkowych. Badając rolę formowania i utrzymywania klastrów, zespół przyczynia się do poznania rozwoju, normalnego funkcjonowania, starzenia się i schorzeń mózgu.
Słowa kluczowe
Błona komórkowa, białka, lipidy, mechanizmy dyfuzyjne, polaryzacja komórki
