I ricercatori possono ingegnerizzare le cellule per esprimere nuovi geni e produrre proteine specifiche, dando alle cellule nuove parti con cui lavorare. Ma è molto più difficile fornire alle cellule istruzioni su come organizzare e utilizzare queste nuove parti.
I ricercatori possono ingegnerizzare le cellule per esprimere nuovi geni e produrre proteine specifiche, dando alle cellule nuove parti con cui lavorare. Ma è molto più difficile fornire alle cellule istruzioni su come organizzare e utilizzare queste nuove parti.
Ora, nuovi strumenti dei ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison offrono un modo innovativo per aggirare questo problema.
Le cellule spostano le molecole secondo schemi specifici per svolgere le funzioni cellulari.
La manipolazione di alcune funzioni cellulari ha potenziali benefici per il trattamento delle malattie dello sviluppo e dei tumori.
È difficile per gli scienziati costringere le cellule a organizzare molecole specifiche in schemi prescritti.
I ricercatori dell’UW-Madison hanno sviluppato uno strumento che consente agli scienziati di programmare specifici modelli di movimento all’interno delle cellule per controllare il modo in cui organizzano le molecole.
Quali informazioni di base devi conoscere?
Tutto ciò che una cellula fa dipende da come le molecole sono organizzate all’interno della cellula.
All’interno delle nostre cellule – tutte le cellule – le proteine e le altre molecole subiscono un’organizzazione e una riorganizzazione per svolgere la funzione cellulare.
Come una flotta di treni pendolari che si muovono a intervalli prestabiliti lungo i loro diversi percorsi, le proteine all’interno di una cellula sono organizzate nel tempo e nello spazio per svolgere funzioni complesse ma prevedibili.
Mentre la necessità di organizzare le molecole all’interno di una cellula è universale tra gli organismi viventi, le proteine specifiche e i meccanismi responsabili di questa organizzazione variano.
In un sistema specifico per le cellule batteriche, ad esempio, le proteine MinD e MinE – note collettivamente come MinDE – interagiscono tra loro lungo la membrana cellulare per produrre modelli ondulatori, che aiutano nel movimento delle molecole all’interno della cellula.
Quando le molecole non riescono a organizzarsi correttamente all’interno di una cellula, possono avere gravi conseguenze, tra cui la divisione non uniforme delle cellule e la comunicazione impropria all’interno e tra le cellule, entrambe associate a disturbi dello sviluppo e malattie come il cancro.
Perché questo processo è difficile da studiare?
In breve, sappiamo come dare alle cellule alcune nuove parti, ma è molto più difficile fornire le istruzioni su come organizzarle e usarle.
I meccanismi con cui le molecole si organizzano e interagiscono tra loro sono stati messi a punto nel corso di millenni di evoluzione.
Quando gli scienziati ingegnerizzano le cellule per produrre nuove molecole, è difficile convincere le cellule a utilizzare quelle nuove molecole senza interrompere involontariamente altre funzioni cellulari naturali.
In che modo gli scienziati hanno fatto progressi?
I biochimici dell’UW-Madison hanno sviluppato uno strumento per controllare il movimento e l’organizzazione di proteine specifiche nelle cellule di mammifero, lasciando in pace altre proteine.
Il loro nuovo strumento sfrutta le onde e le oscillazioni derivate dalle interazioni tra le proteine MinDE, che si trovano solo nei batteri e non interferiscono con la funzione cellulare dei mammiferi.
Ingegnerizzando le interazioni tra le proteine MinDE e le proteine di interesse, i ricercatori hanno creato modelli altamente specifici per organizzare le molecole all’interno delle cellule dei mammiferi e indurre comportamenti e funzioni cellulari.
Lo strumento consente ai ricercatori di modificare e alterare i modelli in risposta agli stimoli, essenzialmente programmando le molecole per spostarsi all’interno di una cellula in posizioni specifiche nel tempo.
Questo strumento innovativo, apparso come storia di copertina nell’edizione del 18 gennaio della rivista Cell, ha molteplici potenziali usi per gli scienziati interessati a progettare specifiche attività cellulari o a studiare l’attività cellulare in un organismo vivente.
Il controllo del rapporto tra le proteine MinDE consente ai ricercatori di progettare modelli di movimento che determinano il modo in cui le molecole sono organizzate in una cellula, che potrebbero essere utilizzate per orchestrare attività cellulari come muoversi o comunicare con altre cellule.
La variazione dei modelli di movimento può anche essere utilizzata per studiare l’attività cellulare.
Poiché ogni rapporto di proteine MinDE emette un modello oscillatorio unico, le proteine possono essere inserite in un gruppo di cellule per dare a ciascuna cellula il proprio modello, un faro individuale che consente ai ricercatori di osservare ogni cellula più facilmente.
Gli scienziati possono anche utilizzare i modelli unici per analizzare i modelli di segnalazione della cellula al fine di conoscere la forma, la posizione e l’attività di segnalazione di ogni singola cellula.
I ricercatori del Coyle Lab paragonano questo uso dello strumento a un quadrante radio FM perché consente loro di sintonizzarsi sui dati unici che ogni cellula emette in un sistema multicellulare, un compito che di solito è molto difficile.
Il Coyle Lab prevede di continuare a esplorare le applicazioni dello strumento, tra cui lo studio delle dinamiche delle vie di segnalazione nei tumori, un classico esempio di comportamento e funzione cellulare andati male.
Immagine: University of Wisconsin–Madison
