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Una rete di formazione dell’UE fornisce una nuova comprensione dell’organizzazione delle cellule

Alcuni ricercatori europei di diverse discipline si sono uniti per scoprire i segreti che stanno dietro ai meccanismi e ai principi della divisione cellulare.

Salute

La divisione cellulare avviene durante la crescita dei tessuti e la riproduzione cellulare ed è attentamente controllata da un insieme di geni e proteine. In generale, ci sono due tipi di divisione cellulare: la mitosi, quando le cellule si dividono per produrre cellule figlie identiche, e la meiosi, quando le cellule creano ovuli e spermatozoi con metà del contenuto cromosomico. Gli errori durante il processo di divisione cellulare comportano cambiamenti nel contenuto del cromosoma o la segregazione delle cellule figlie. Ciò può avere un impatto importante sulla salute umana, provocando il cancro, malformazioni durante lo sviluppo e diminuzione della fertilità. Cruciale per la divisione cellulare è il fuso mitotico, una struttura il cui compito principale è la separazione dei cromosomi ed è costituita da microtubuli, motori molecolari e fattori di legame dei microtubuli. Il progetto DivIDe, realizzato con il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie, è una rete europea di formazione di 11 giovani ricercatori internazionali che si sono occupati della divisione cellulare e hanno studiato il ruolo funzionale della tubulina, il principale elemento costitutivo dei microtubuli, da una prospettiva diversa, utilizzando tecniche, approcci e sistemi di modelli sperimentali complementari e interdisciplinari.

L’auto-organizzazione ispira i biologi

Il fuso mitotico è una delle strutture cellulari che meglio rappresenta la capacità della materia biologica di auto-organizzarsi attraverso matrici di interazioni dinamiche fra proteine. «La complessità e il comportamento dinamico del fuso mitotico catturano l’immaginazione di biologi sintetici e modellatori, “ingegneri molecolari” che cercano di comprendere e sfruttare i principi dell’auto-organizzazione per generare nuove strutture biologiche», commenta la coordinatrice del progetto Isabelle Vernos. Il consorzio intendeva dunque giungere a una nuova comprensione della divisione cellulare individuando le proteine responsabili dell’estensione del fuso durante la meiosi e della poliglutamilazione dei microtubuli del fuso, essenziali per una segregazione cromosomica precisa durante la mitosi. I ricercatori hanno anche ottenuto le prime ricostruzioni 3D complete dei fusi in metafase e anafase in una linea cellulare umana. Inoltre, i partner del progetto hanno elaborato un nuovo metodo per purificare la tubulina dalle linee cellulari dei mammiferi. «Hanno impiegato una serie di modifiche post-traslazionali definite con precisione e hanno misurato direttamente in che modo queste modifiche controllano le interazioni con un gruppo di proteine associate ai microtubuli», spiega Vernos.

Sviluppo di nuovi metodi e conoscenze

I ricercatori hanno creato un modello matematico per spiegare in che modo le proteine motore, i filamenti dinamici e i microtubuli si assemblano per formare un fuso che si estende e hanno usato un classificatore basato sull’intelligenza artificiale per prevedere meglio l’effetto di obiettivi specifici sulla divisione cellulare. Hanno inoltre elaborato un dispositivo microfluidico per controllare i processi molecolari, consentendo a un campione di cellule al microscopio di essere cosparso con diversi buffer e raggiungere un equilibrio termico con l’ambiente. DivIDe ha dimostrato che questa combinazione di competenze e settori diversi è essenziale per affrontare le questioni relative alla divisione cellulare. «La prova di ciò è la generazione di nuove conoscenze, nuove metodologie e protocolli, nuova comprensione e nuovi approcci formativi», osserva la responsabile del progetto Natalia Dave Coll. «Ci sono diversi interlocutori che potrebbero essere interessati oltre agli scienziati, come le industrie di microscopia e microfluidica e le comunità farmaceutiche e mediche». Inoltre, DivIDe ha ampliato gli orizzonti dei ricercatori partecipanti, segnalando loro le diverse opportunità professionali disponibili all’interno e all’esterno del mondo accademico. «Al termine del progetto abbiamo condotto un’indagine interna e più del 50 % dei nostri ricercatori ha dichiarato che stava valutando la possibilità di diventare imprenditore, il che, anche se il campione è piccolo, è abbastanza significativo», sottolinea Dave Coll.

Parole chiave

DivIDe, divisione cellulare, proteine, formazione, cromosoma, fuso mitotico, mitosi, meiosi, microtubuli

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