Modelli matematici della mitosi
Alcuni ricercatori finanziati dall’UE, appartenenti a otto paesi europei diversi, hanno collaborato insieme nel quadro del progetto MITOSYS (Systems biology of mitosis), con il fine di sviluppare modelli matematici di divisione cellulare per mitosi nell’uomo a livello di sistemi. I ricercatori si sono concentrati su quattro aspetti chiave della mitosi: l’assemblaggio del fuso, il punto di controllo dell’assemblaggio del fuso, la segregazione dei cromosomi mitotici e l’uscita dalla mitosi. MITOSYS ha generato dati cinetici e quantitativi su proteine mitotiche, avvalendosi di acquisizione microscopica di immagini, biochimica, biofisica, tecniche su singole molecole e proteomica. Sono stati ricostituiti cinetocori, sottocomplessi di cinetocore e trasduzione del segnale del punto di controllo; i ricercatori hanno prodotto modelli matematici che descrivevano vari aspetti della segregazione del cromosoma. Al termine del processo, è stato attuato un modello matematico per l’uscita dalla mitosi. I ricercatori hanno verificato sperimentalmente i modelli matematici in relazione al meccanismo di correzione dell’errore del bi-orientamento cromosomico e il punto di controllo dell’assemblaggio del fuso. Hanno anche descritto quantitativamente il controllo spaziale della rete regolatoria biochimica e la sequenza temporale degli eventi mitotici (anafase e citochinesi). Tali risultati sono stati anche confermati tramite esperimenti. Integrandoli, è stato fissato un modello completo di tutte le fasi della mitosi, che unisce tali fasi con la regolazione tramite vari regolatori chiave del ciclo della cellula. Sono in corso le attività per perfezionare ulteriormente e validare tali modelli, anche dopo la fine del progetto. MITOSYS è riuscito a sviluppare nuove tecnologie per favorire la generazione di dati cinetici e quantitativi sulla funzione delle proteine nelle cellule umane. Ad esempio, ha stabilito un sistema quantitativo di immaginografia in microscopia, che prevede l’automazione dell’acquisizione e dell’analisi dei dati, che ha consentito di visualizzare proteine mitotiche fondamentali. A ottobre 2014, i componenti del progetto hanno organizzato un corso di formazione sulla modellizzazione matematica. Mostre pubbliche sulla biologia dei sistemi della mitosi e sulla sua rilevanza per lo stato di salute e malattia (denominate “Lens on Life”) sono state realizzate in tre città europee (Roma, Londra e Heidelberg), accanto al documentario “Meetings of Minds”. Faceva parte integrante delle mostre un documentario innovativo sulle arti e le scienze in materia di mitosi, che ora è disponibile sul sito web del progetto. Le attività del progetto MITOSYS hanno contribuito alla formulazione di una descrizione della mitosi a livello di sistemi, un’impresa mai riuscita prima. Poiché la corretta esecuzione della mitosi è essenziale per la salute, le potenziali applicazioni riguardano la comprensione di patologie e lo sviluppo di farmaci.
Parole chiave
Modello matematico, mitosi, assemblaggio del fuso, cinetocore, sviluppo di farmaci