Svelata la progettazione dell’architettura delle cellule neuronali
Uno dei componenti del citoscheletro è rappresentato dai filamenti intermedi (IF), che funzionano meccanicamente per sostenere la cellula e la sua membrana. L’espressione di proteine IF specifiche varia tra i tipi di cellule e durante lo sviluppo e la differenziazione. Tali proteine contengono grandi regioni intrinsecamente disordinate il cui funzionamento non dipende da una struttura 3D stabile. Pertanto, sono dotate di flessibilità strutturale e di plasticità. Per esplorare più a fondo tali materiali biologici dinamici e flessibili, gli scienziati impegnati nel progetto IF INTERACTIONS (Self-assembly, structures and interactions of cell specific cytoskeleton), finanziato dall’UE, hanno utilizzato metodi sperimentali e fisici per studiare i domini degli IF intrinsecamente disordinati del sistema nervoso, noti come neurofilamenti. Il consorzio ha prodotto cinque subunità proteiche diverse e, seguendo le loro strutture e interazioni quando autoassemblate in filamenti e reti di filamenti. I membri del progetto hanno usato varie tecniche di imaging ad alta risoluzione e la diffrazione a raggi X a piccolo angolo per delucidare il ruolo di diversi IF di cellule specifiche nel sostenere il supporto meccanico delle cellule neurali. Hanno scoperto che le proprietà delle reti di filamenti sono il risultato dell’interazione sinergica tra proteine lunghe e corti, laddove le seconde hanno un ruolo fondamentale nel distanziamento neuronale tra i filamenti. I risultati della ricerca offrono una spiegazione per l’espressione differenziale degli IF neuronali durante lo sviluppo embrionale. Ad esempio, i risultati hanno rivelato che lo spazio tra i filamenti è ridotto da 80 nm in una rete estesa quando la subunità proteica α-Inx è espressa durante lo sviluppo precoce a 40 nm postnatale. La rete generata dal filamento composito NF-L e NF-M è condensata e l’espressione di queste due proteine aumenta dopo la nascita. I ricercatori hanno sviluppato un modello per spiegare la rete estesa. Il loro modello di ponte ionico considera le parti terminali carbossiliche del recettore come spazzole flessibili altamente interattive di diverse proprietà. Questo modello fisico spiega come le spazzole corte possono dare origine a reti con spazi interfilamenti più ampi. I risultati di ricerca dello studio IF INTERACTIONS sottolinea l’importanza degli IF nella conservazione della struttura cellulare neuronale. Poiché possono decisamente influenzare le funzioni di cellule e tessuti, occorre esplorarne il coinvolgimento in varie malattie. In particolare, la futura ricerca sull’α-Inx e il suo ruolo preciso dovrebbe essere molto importante per rivelare l’architettura complicata delle cellule neuronali durante lo sviluppo.
