Al fine di percepire il loro ambiente locale, le cellule inviano e ritraggono costantemente sporgenze sul bordo della cellula. Le immagini mostrano parte di una cellula segmentata in finestre di campionamento da 1 x 1 micrometro utilizzate per analizzare il suo comportamento locale. Le frecce rosse nell'immagine a sinistra indicano la velocità e la direzione dei movimenti locali di ciascun segmento sul bordo della cella. L'immagine centrale mostra i livelli di attività della proteina di segnalazione Rac1, mentre l'immagine di sinistra mostra i livelli delle forze meccaniche generate dove la cellula si attacca alla superficie sottostante. Credito:Jianjiang Hu
Un nuovo studio dei ricercatori del Karolinska Institutet mostra che l'attività locale della molecola di segnalazione Rac1 controlla i cicli di sporgenze e retrazioni microscopiche della membrana cellulare. La cellula utilizza questi cicli per percepire l'ambiente circostante, che tra le altre cose influisce sulla capacità della cellula di muoversi. La comprensione dei meccanismi cellulari e molecolari che controllano i movimenti cellulari può aiutarci a sviluppare una migliore diagnostica e trattamento di varie malattie come il cancro.
Per percepire l'ambiente circostante, le cellule utilizzano cicli in cui si formano e si ritraggono le sporgenze cellulari microscopiche. La capacità delle cellule di percepire l'ambiente circostante è importante, tra le altre cose, per l'assorbimento dei nutrienti, ma anche per la capacità della cellula di muoversi in una certa direzione. La capacità della cellula di muoversi è fondamentale per lo sviluppo embrionale e la riparazione dei tessuti e in molti stati patologici, come quando le cellule tumorali si diffondono (metastatizzano), così come nell'infiammazione e nella fibrosi. Comprendendo i meccanismi cellulari e molecolari che controllano il movimento cellulare, possiamo sviluppare una migliore diagnostica e trattamento per il cancro e altre malattie.
"È l'attività locale della molecola di segnalazione Rac1 che paradossalmente controlla sia la protrusione che la retrazione delle membrane cellulari microscopiche passando da uno stato attivo a uno inattivo in diverse parti del ciclo", afferma il professor Staffan Strömblad, che insieme al suo responsabile dello studio è il gruppo del Dipartimento di Bioscienze e Nutrizione, Karolinska Institutet. "Siamo anche stati in grado di dimostrare per la prima volta che Rac1 controlla le forze meccaniche tra la cellula e la sua superficie di attacco."
Studiando le cellule viventi con la microscopia confocale ad alta risoluzione, sono stati in grado di misurare l'attività di Rac1 localmente nelle cellule nel tempo con l'aiuto di un biosensore fluorescente. Allo stesso tempo, hanno misurato le forze di trazione che le cellule esercitano sulle loro superfici di attacco con la "microscopia della forza di trazione". Con l'aiuto di un laser al microscopio, sono stati anche in grado di attivare o bloccare l'attività di Rac1 localmente nelle cellule utilizzando una cosiddetta sonda optogenetica. Successivamente, gli effetti sono stati misurati localmente nelle membrane cellulari nel tempo con l'aiuto di un'analisi avanzata delle immagini e dell'elaborazione statistica.
Il prossimo passo per il gruppo sarà vedere a livello molecolare la mappa come Rac1 può controllare sia la protrusione che la retrazione delle membrane cellulari locali e come Rac1 controlla il macchinario di generazione dell'energia della cellula.
