Come si muove una cellula?
Secondo gli scienziati, la carica elettrica superficiale sul lato interno della sua membrana ha un ruolo chiave nella motilità cellulare
Gli scienziati della Johns Hopkins Medicine affermano che una chiave per il movimento cellulare è la regolazione della carica elettrica sul lato interno della membrana cellulare, aprendo potenzialmente la strada alla comprensione del cancro, delle cellule immunitarie e di altri tipi di movimento cellulare. Gli esperimenti condotti su cellule immunitarie e amebe mostrano che un’abbondanza di cariche negative sulla superficie interna della membrana può attivare il percorso di lipidi, enzimi e altre proteine responsabili di spingere una cellula in una certa direzione.
I risultati, descritti nel numero di ottobre di Nature Cell Biology, fanno progredire la comprensione del movimento cellulare da parte dei biologi e potenzialmente possono aiutare a spiegare i processi biologici associati al movimento, come ad esempio il modo in cui le cellule tumorali si spostano e si diffondono al di là del sito originale di un tumore e come le cellule immunitarie migrano verso le aree di infezione o di guarigione delle ferite.
“Le nostre cellule si muovono all’interno del nostro corpo più di quanto immaginiamo”, afferma Peter Devreotes, Professore presso il Dipartimento di Biologia Cellulare della Johns Hopkins University School of Medicine. “Le cellule si muovono per svolgere molte funzioni, tra cui l’ingestione di sostanze nutritive e la divisione”. Molte delle molecole coinvolte nel movimento cellulare si attivano nel bordo anteriore della cellula, ovvero dove essa forma una sorta di piede, o sporgenza, che orienta la cellula in una particolare direzione.
Tatsat Banerjee, anche lui ricercatore biomolecolare della Johns Hopkins e autore principale dello studio, ha iniziato a notare che le molecole lipidiche caricate negativamente che rivestono lo strato interno delle membrane cellulari non erano uniformi, come gli scienziati pensavano in precedenza. Ha notato che questo insieme di molecole si allontanava costantemente dalle regioni in cui una cellula ha la sporgenza. Banerjee ha intuito che una proprietà biofisica generale, come la carica elettrica, piuttosto che una molecola specifica, potrebbe stimolare e organizzare le attività di enzimi e altre proteine legate al movimento cellulare. Per verificare questa idea, Banerjee e Devreotes hanno utilizzato un biosensore, un peptide marcato con fluorescenza e con carica positiva, per rilevare il rivestimento interno della membrana di cellule immunitarie umane, chiamate macrofagi, che fagocitano le cellule invasive, e di un’ameba unicellulare che vive nel suolo, chiamata Dictyostelium discoideum.
Hanno scoperto che quando e dove le cellule formavano delle protrusioni, si verificava una corrispondente riduzione della carica elettrica negativa lungo la membrana interna. In alternativa, lungo la superficie della membrana a riposo delle cellule, la carica elettrica aumentava, contribuendo a reclutare più proteine con carica positiva. I ricercatori della Johns Hopkins hanno anche progettato nuove molecole altamente cariche, geneticamente codificate, che possono essere spostate all’interno della cellula con la luce. Ovunque gli scienziati abbiano illuminato la cellula, si sono formate o soppresse nuove protrusioni per spostare la cellula in una certa direzione, a seconda che la carica superficiale fosse diminuita o aumentata.
Devreotes afferma che questi risultati sperimentali sono forse la prima prova che il livello di carica superficiale della membrana ha un ruolo nel controllo della segnalazione e della motilità cellulare.
In collaborazione con Pablo Iglesias, e il suo gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della Johns Hopkins Whiting School of Engineering, i ricercatori hanno costruito un modello computazionale per dimostrare come piccoli cambiamenti nelle cariche elettriche della membrana interna influenzino le attività di segnalazione cellulare. “La carica superficiale negativa sembra essere sufficiente e necessaria per attivare una cascata di reazioni biomolecolari che sono state collegate al movimento cellulare”, afferma Banerjee.
In seguito, gli scienziati intendono studiare con precisione come e quando le cariche elettriche si riducono lungo la membrana interna in risposta a stimoli esterni e come, esattamente, le cariche negative si collegano alle complicate reti di segnalazione proteica e lipidica che stimolano il movimento cellulare e altri processi fisiologici associati.
