Durante lo sviluppo, le cellule di un embrione si dividono fino a quando non emerge un organismo completamente funzionante. Un componente della cellula è particolarmente importante durante questo processo:la corteccia cellulare. Questa sottile rete di strutture di filamenti simili a capelli (chiamati actina) appena sotto la membrana cellulare è il principale determinante della forma cellulare ed è coinvolta in quasi tutto ciò che fa una cellula, come muoversi, dividere o percepire il suo ambiente.

Tuttavia, la corteccia deve prima essere costruita da singole molecole e, se non è costruita nel modo giusto, le cellule di un organismo non arriverebbero mai nel posto giusto per svolgere le loro funzioni. Un team internazionale di ricercatori del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda, del Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS) e del Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) ) presso la TU di Dresda ha studiato la formazione di questa corteccia cellulare dinamica nel nematode Caenorhabditis elegans.

Hanno scoperto che migliaia di condensati simili a goccioline dinamici e di breve durata costituiti da filamenti di actina controllano la generazione di una prima corteccia, nel momento in cui una cellula uovo non fecondata si trasforma in un embrione dopo la fecondazione. I principi svelati in questo studio aiutano a capire come viene controllata la formazione delle strutture subcellulari.

Subito dopo la fecondazione di una cellula uovo, inizia la formazione della corteccia cellulare e ci vogliono circa dieci minuti prima che sia completamente formata. La corteccia è costituita da filamenti di actina e proteine ​​motorie, che sono organizzate in una fitta rete reticolata. La dinamica della corteccia deriva dalle proteine ​​motorie che tirano i filamenti di actina, generando stress che si traducono in tensione corticale.

Questa tensione corticale guida, ad esempio, la forma delle cellule, la loro capacità di percepire il loro ambiente e la loro capacità di svolgere le loro funzioni nel nostro corpo. La dinamica della corteccia cellulare è stata studiata intensamente in passato, ma il meccanismo mediante il quale la corteccia cellulare viene attivata per la prima volta subito dopo la fecondazione è sconosciuto. È fondamentale comprendere i principi alla base della formazione della corteccia cellulare poiché è coinvolta in quasi tutte le funzioni della cellula e un'organizzazione corticale impropria porta a una compromissione dei principali processi cellulari e di sviluppo.

I condensati proteici hanno una vita breve e garantiscono un corretto sviluppo

Per studiare come viene attivata la corteccia cellulare, un team interdisciplinare di ricercatori di MPI-CBG, MPI-PKS e PoL ha studiato questo processo nel nematode C. elegans.

"Siamo stati in grado di osservare come l'actina e le proteine ​​nucleanti dell'actina WSP-1 e ARP2/3 si sono unite per assemblarsi in condensati che sono durati solo pochi secondi, solo per disassemblarsi subito dopo. Questi condensati assicurano che ci sia la giusta quantità di filamenti di actina e che sono collegati nel modo giusto. Per me, la bellezza di queste strutture, fatte di filamenti di actina altamente ramificati, come un fiocco di neve, sta in ciò che le loro dinamiche ci insegnano sulla chimica non convenzionale della materia vivente", spiega Arjun Narayanan , uno degli autori principali dello studio e ricercatore nel gruppo di Stephan Grill, direttore di MPI-CBG.

Victoria Tianjing Yan, l'altra autrice principale, afferma di aver "sviluppato il nostro metodo di imaging e analisi delle immagini, chiamato imaging del bilancio di massa, per studiare come la struttura dei condensati di breve durata cresce ed evolve". Durante i loro studi, i ricercatori hanno scoperto che le reazioni chimiche interne controllano la velocità con cui cresce un condensato e quando si ritira. Pertanto, i condensati corticali organizzano in modo robusto il proprio ciclo di vita, in gran parte indipendente dal loro ambiente esterno.

Grill afferma che "concludono che i condensati nella corteccia cellulare rappresentano un nuovo tipo di condensato biomolecolare guidato da specifiche reazioni chimiche da montare e smontare in pochi secondi Suggeriamo che questi condensati di breve durata controllino l'attivazione della corteccia cellulare e la delicata precisione della sua architettura in crescita dopo la fecondazione dell'ovocita di C. elegans."

Frank Jülicher, direttore dell'MPI-PKS e un altro autore supervisore, afferma che "questo studio è un altro esempio di collegamento tra fisica e biologia qui a Dresda. Il nostro ambiente interattivo con biologi e fisici teorici insieme garantisce nuovi approcci interdisciplinari per svelare la fisica della biologia processi."

La ricerca è stata pubblicata su Natura . + Esplora ulteriormente

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