Ricercatori dell'Istituto di Meccanobiologia, Singapore (MBI) presso l'Università Nazionale di Singapore, riferiscono che l'endocitosi, che in precedenza si pensava fosse un processo casuale, avviene effettivamente in maniera coordinata attraverso dinamiche collettive. Il lavoro, guidato dall'assistente professore Wu Min, ha mostrato come un importante percorso endocitico mediato dalla proteina clatrina, è stato scoperto che iniziava con periodiche ondate di clatrina, che sono stati accoppiati temporalmente e spazialmente alle onde di actina corticale a valle. Le onde endocitiche di clatrina sono state identificate qui come l'iniziatore a monte delle onde di actina corticale. Questo lavoro è stato pubblicato in Cellula dello sviluppo il 20 novembre 2017.

"Uccelli di una piuma insieme" è un vecchio proverbio che utilizza le dinamiche collettive della natura per descrivere le tendenze di raggruppamento degli esseri viventi. Non solo gli uccelli si radunano insieme, ma anche innumerevoli esempi nel corso della vita, dal macroscopico al microscopico, compresi banchi di pesci, colonie di batteri, gruppi di cellule in migrazione e anche alcune proteine. La dinamica collettiva è quindi un fenomeno naturale che si verifica quando le dinamiche di ciascun individuo all'interno del gruppo si sincronizzano tra loro, conferendo un effetto visivo e funzionale collettivo.

All'interno delle cellule, la dinamica collettiva della proteina actina del citoscheletro è ben nota. L'actina è una proteina filamentosa, che insieme ad altri elementi del citoscheletro forma una rete dinamica di filamenti che forniscono sia supporto strutturale, oltre a capacità funzionali critiche, alla cella. L'assemblaggio e il disassemblaggio coordinati dell'actina nella corteccia cellulare, che si trova appena sotto la membrana plasmatica, genera onde di actina corticale che sono cruciali per importanti funzioni cellulari tra cui la migrazione e la polarità cellulare.

Sebbene siano state identificate proteine ​​che partecipano alla formazione delle onde corticali, i fattori/processi che ne determinano l'insorgenza, o stabilire le direzioni in cui si propagheranno, non erano conosciuti.

Ruolo della clatrina nell'iniziare le onde di actina corticale

Poiché è stato scoperto che le proteine ​​endocitiche come F-BAR svolgono un ruolo nelle onde di actina corticale, i ricercatori hanno cercato di capire il legame tra endocitosi e onde di actina corticale. L'endocitosi è un processo fondamentale di traffico di membrana mediante il quale le cellule assorbono fattori esterni come proteine ​​e agenti patogeni. Esistono diverse modalità di endocitosi, di cui l'endocitosi mediata da clatrina (CME) è un esempio importante. La CME è iniziata dal legame di un ligando a un recettore, seguito da invaginazione della membrana, rivestimento dell'invaginazione da parte della proteina clatrina a forma di triscele, e germogliando dalla vescicola rivestita di clatrina.

Utilizzando l'imaging sensibile delle cellule vive, il team ha notato che le onde endocitiche avviate dalla clatrina emergono in alcune popolazioni cellulari. Queste onde di clatrina erano temporalmente correlate e coordinate con le onde a valle di F-BAR e altre proteine ​​​​regolatrici di actina come Cdc42 e N-WASP. I ricercatori hanno osservato che per tale coordinamento tra le onde endocitiche e corticali, era richiesto un feedback tra F-BAR/Cdc42/N-WASP a valle e clatrina.

Il feedback, che accoppia l'inizio delle onde endocitiche da parte della clatrina alle onde dell'actina corticale è analogo a un gruppo di persone che camminano su un ponte traballante. Come un singolo passo sul ponte, verrà generato un piccolo movimento del ponte. Questo movimento aumenterà quando un'altra persona cammina in sincronia con la prima. Il conseguente movimento ondeggiante del ponte costringe gli altri sul ponte a camminare in sincronia. Però, una volta scesi dal ponte, l'accoppiamento del feedback è perso e le persone possono di nuovo camminare al proprio ritmo.

Una situazione simile può essere prevista per ECM. In condizioni normali non c'è coordinamento tra l'assemblaggio della clatrina e le onde corticali di actina e quindi la CME si verifica come un processo casuale. Però, le onde endocitiche possono essere avviate dalla clatrina attraverso un meccanismo di feedback positivo tra la clatrina e le proteine ​​a valle che include proteine ​​regolatrici dell'actina e proteine ​​di membrana come PIP3. Questo, in effetti, vede la clatrina regolare l'insorgenza delle onde di actina corticale.

Trovare il legame tra endocitosi e onde di actina corticale

Questo studio riporta per la prima volta il verificarsi di dinamiche collettive di endocitosi e mostra come questa regoli l'insorgenza delle onde di actina corticale. Il legame tra endocitosi e generazione di onde di actina corticale può fornire informazioni più approfondite su come le cellule mantengono la composizione e la dinamica della membrana plasmatica.