Uno studio approfondito sulla risposta cellulare alle forze meccaniche
Grazie a proteine specializzate nella membrana plasmatica, le cellule possono rispondere a un’ampia gamma di stimoli biochimici e meccanici provenienti dall’ambiente circostante. «Quando questi recettori specializzati percepiscono la presenza di forze meccaniche sulla superficie cellulare, cambiano il loro stato conformazionale e interagiscono con altri adattatori molecolari per trasmettere questa informazione all’interno della cellula», spiega Maria Garcia-Parajo(si apre in una nuova finestra), assegnista di ricerca presso l’Istituto di scienze fotoniche(si apre in una nuova finestra) (ICFO). Se questo processo funziona a dovere, consente lo sviluppo cellulare, la riparazione delle ferite e il mantenimento dei tessuti. Ma perché non ha sempre successo? Per rispondere a questa domanda, il progetto NANO-MEMEC, finanziato dall’UE, ha approfondito il ruolo della membrana plasmatica cellulare.
Strumenti e metodi pionieristici
La scienza sa che il modo in cui i recettori di membrana si organizzano dinamicamente sulla membrana plasmatica è fondamentale per la loro funzione e la risposta cellulare, ma non è chiaro come gli stimoli meccanici influiscano su tale organizzazione. «Questo è stato il campo di indagine del progetto NANO-MEMEC», afferma Garcia-Parajo, ricercatrice principale del progetto. Il compito è più facile a dirsi che a farsi: l’organizzazione delle molecole sulla membrana plasmatica, infatti, inizia su scala nanometrica, dove varie molecole di tipo diverso si uniscono in modo dinamico. Per questo motivo, il progetto ha dovuto sviluppare strumenti speciali per visualizzare come singole molecole diverse si uniscono nel piano della membrana per formare nano-piattaforme di attività biologica. L’équipe ha anche ideato alcuni metodi per esercitare perturbazioni meccaniche pienamente compatibili con questi metodi di imaging. «Si tratta di importanti scoperte tecnologiche che la comunità scientifica può già iniziare a usare nelle ricerche», aggiunge Garcia-Parajo.
Approfondimenti sui recettori di membrana
Con questi strumenti, il progetto, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), ha analizzato da vicino l’organizzazione spaziale e temporale di diversi recettori di membrana. È stato scoperto che il citoscheletro corticale di actina, una rete specializzata di actina e miosina situata appena sotto la membrana cellulare, svolge un ruolo importante nella regolazione dell’organizzazione dei recettori della membrana plasmatica. Questo ruolo è presente anche nei recettori che non interagiscono direttamente con l’actina. È emerso anche che le forze meccaniche influenzano direttamente il meccanismo dell’actomiosina corticale, che a sua volta rimodella l’organizzazione della membrana plasmatica. Questo meccanismo è generale in quanto non dipende da recettori o molecole specifiche e dunque, probabilmente, opera in contesti o cellule diverse.
L’influenza della risposta cellulare sulla salute generale
Fornendo nuovi strumenti e approfondimenti sull’organizzazione spaziale e temporale dei recettori di membrana, il progetto NANO-MEMEC ha ampliato le conoscenze sulla risposta delle cellule alle forze meccaniche e sui motivi dell’occasionale malfunzionamento del processo. «Sebbene il nostro progetto sia intrinsecamente legato alla scienza fondamentale, ha aperto la strada a futuri studi per approfondire come le disfunzioni nella percezione e/o nella risposta dei recettori agli stimoli meccanici influiscano sulla nostra salute generale e causino malattie come il cancro», conclude l’autrice. Attualmente, Garcia-Parajo sta svolgendo ricerche per scoprire i circuiti di retroazione tra la membrana e il meccanismo corticale dell’actomiosina. Con questo studio, intende dimostrare che un parametro fisico come la tensione della membrana è in grado di aggirare l’attivazione biochimica dei recettori per innescare le vie di segnalazione dei recettori sulla membrana plasmatica.
