In che modo le cellule si muovono in una certa direzione nel corpo:andare sul sito della ferita e ripararlo, Per esempio, o dare la caccia ai batteri infettivi e ucciderli?

Due nuovi studi del Marine Biological Laboratory (MBL) mostrano come le cellule rispondono alle forze interne quando si orientano, guadagnare trazione, e migrare in una direzione specifica. La ricerca, che è iniziato come un progetto studentesco nel Corso di Fisiologia MBL ed è stato sviluppato nel Centro Whitman MBL, è pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) e questa settimana in Comunicazioni sulla natura .

Entrambi i documenti si concentrano sull'attivazione delle integrine, proteine ​​che consentono alle cellule di attaccarsi al loro ambiente esterno e rispondere ai segnali provenienti da altre cellule. Le integrine sono proteine ​​transmembrana:parte si trova sulla superficie cellulare e parte si trova all'interno della cellula. Usando un microscopio inventato al MBL, gli autori hanno mostrato che quando le integrine si dispiegano dalla superficie cellulare e si legano a livello extracellulare, si allineano simultaneamente nella stessa direzione di una forza all'interno della cellula (flusso retrogrado di actina).

"Se pensi a una cella come a un'auto, il flusso di actina è il motore, "dice Clare Waterman, uno scienziato del Whitman Center del National Heart, Istituto del polmone e del sangue. "La cella può stare lì, al minimo il suo motore. Ma quando le integrine si attivano e si legano esternamente, sono come le gomme che colpiscono la strada, fornendo attrito. Il motore va in marcia e l'auto si muove".

Timothy Springer dell'Università di Harvard, che ha co-scoperto la famiglia delle proteine ​​delle integrine negli anni '80 e ha ampiamente definito il loro meccanismo di attivazione, e Satyajit sindaco del Centro nazionale per le scienze biologiche, Bangalore, sono stati i principali collaboratori di Waterman al progetto.

Il team ha utilizzato un microscopio a luce polarizzata a fluorescenza sviluppato dallo scienziato associato MBL Tomomi Tani e dall'ex scienziato dello staff Shalin Mehta (ora al Chan Zuckerberg Biohub) per misurare, in tempo reale e con alta precisione, l'orientamento delle integrine sulla superficie cellulare.

"È abbastanza straordinario che tu possa farlo con un microscopio, "Dice Springer. "Non conosco altri esempi in cui le persone abbiano effettivamente misurato l'orientamento di una molecola sulla superficie cellulare".

Ci sono 24 diversi tipi di integrine presenti sulle cellule umane. Il documento PNAS studia un'integrina su cellule di fibroblasti mentre il Comunicazioni sulla natura carta analizza un'integrina sui globuli bianchi.

"Le due integrine su cui abbiamo lavorato erano strutturalmente tanto diverse quanto si può ottenere nella famiglia delle integrine, "dice Springer, eppure entrambi i tipi, quando attivato, orientato in una direzione dettata dal flusso di actina intracellulare.

"Questa è davvero una bella ricerca di base, "Dice Springer. "Mentre sapevamo molto sulle integrine altamente purificate in soluzione, questa ricerca ci fornisce informazioni specifiche sul loro stato di attivazione nelle cellule viventi".

Waterman stava co-dirigendo il corso di fisiologia MBL quando ha iniziato questa ricerca con un gruppo di studenti, inclusi Vinay Swaminathan e Pontus Nordenfelt. Al termine del corso, il team ha aggiunto membri, tra cui Joseph Mathew Kalappurakkal e Travis I. Moore, e ha continuato a collaborare nell'MBL Whitman Center con il supporto di un Lillie Research Innovation Award dell'Università di Chicago e dell'MBL.

"L'MBL è noto per la sua capacità di convocare team scientifici con una profonda competenza interdisciplinare attraverso la comunicazione che scorre tra i suoi corsi avanzati, i suoi scienziati residenti, e il Centro Whitman, "dice David Mark Welch, Direttore della ricerca MBL. "In questo caso, scienziati perspicaci con competenze molto diverse:biologi cellulari, sviluppatori di microscopi, scienziati computazionali, modellatori molecolari, chimici delle proteine, sinergizzati per rivelare un motore di fondamentale importanza per la migrazione cellulare".