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Population context-dependent regulation of membrane lipid composition and downstream activities in mammalian cells: the FAK-ABCA1 system

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La rilevazione dell’affollamento locale da parte delle singole cellule

Le cellule sono in grado di percepire le cellule circostanti, adattando il proprio fenotipo e producendo il patterning multicellulare. Uno studio dell’UE recentemente completato ha scoperto un meccanismo molecolare intrinseco nelle cellule che produce il patterning multicellulare senza comunicazione da una cellula all’altra.

Salute

Il patterning multicellulare è un indicatore di comportamento cellulare coordinato e implica generalmente la comunicazione intercellulare e l’elaborazione del segnale intracellulare. I cambiamenti della composizione e del traffico dei lipidi della membrana dipende dal contesto della popolazione. Il meccanismo regolatore responsabile dei cambiamenti subiti dalla membrana per adattarsi al microambiente cellulare è stato recentemente oggetto di intense ricerche. Il progetto THE FAK-ABCA1 SYSTEM (Population context-dependent regulation of membrane lipid composition and downstream activities in mammalian cells: The FAK-ABCA1 system), finanziato dall’UE, ha studiato proprio questi meccanismi regolatori, utilizzando la microscopia di singole cellule su popolazioni di grandi dimensioni, la lipidomica, la fosfoproteomica e l’analisi di microarray di cellule di ratti mancanti di FAK (Focal adhesion kinase, Chinasi di adesione focale). Tipicamente, la FAK si attiva con una bassa densità cellulare locale o ai bordi dell’isola cellulare. Questo evento attiva la segnalazione e la regolazione genetica e influisce sull’apparato lisosomiale e di Golgi, sul traffico di geni e, piuttosto pesantemente, sulla proteina di membrana ABCA1 (un mediatore dell’efflusso di colesterolo). La perdita del fenotipo FAK nelle cellule può essere annullata inibendo l’ABCA1, un’indicazione che la FAK controlla la produzione di ABCA1. Il progetto ha inoltre cercato di chiarire il ruolo svolto dalla FAK come sensore dell’affollamento locale. I risultati hanno rivelato che l’affollamento locale viene rilevato dalla cellula grazie alla sua capacità di diffondere e attivare la FAK, poiché la FAK controlla l’espressione dei trasportatori di ABC e influisce sulla segnalazione e sulla composizione della membrana. La lipidomica e l’analisi al microscopio hanno mostrato una maggior presenza di membrane disordinate nelle cellule affollate e membrane più ordinate nelle cellule sparse. I cambiamenti della membrana portano a una modulazione generale della fisiologia e dello stato di segnalazione delle cellule. Il progetto, inoltre, ha sviluppato un approccio unico per simulare il comportamento dinamico del sistema. I processi di segnalazione sono stati modellati matematicamente e convalidati dall’acquisizione di molti dati a livello di singola cellula. Il modello ha previsto efficacemente i modelli specifici di FAK e ABCA1 attivi nelle popolazioni di singole cellule. I risultati dello studio THE FAK-ABCA1 SYSTEM hanno rivelato un meccanismo molecolare intrinseco nelle cellule che produce il patterning multicellulare senza una comunicazione specifica da una cellula all’altra e la membrana svolge un ruolo fondamentale nel processo di adattamento.

Parole chiave

Singole cellule, patterning multicellulare, meccanismo molecolare, comportamento cellulare, composizione della membrana lipidica

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