Utilizzando tecniche di imaging a super-risoluzione, i ricercatori hanno osservato come gli equipaggi di riparazione molecolare delle cellule – noti come complessi dei pori nucleari – si riorganizzano rapidamente quando una parte della membrana cellulare si rompe. I complessi dei pori nucleari controllano ciò che entra ed esce dal nucleo di una cellula, il centro di controllo della cellula.
"Gli scienziati sanno da tempo che le cellule hanno un modo per riparare molto rapidamente i danni, ma nessuno sapeva come", ha detto l'autrice senior Erin Trantham-Davidson, PhD, assistente professore di bioscienze molecolari al Weinberg College of Arts and Sciences. "Si scopre che le cellule hanno un modo straordinario e inaspettato per riparare e mantenere molto rapidamente la loro struttura di base."
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Current Biology.
Negli esperimenti condotti in laboratorio utilizzando cellule umane, i ricercatori hanno praticato rotture mirate nella membrana nucleare e poi hanno osservato come le cellule rispondevano. Normalmente, l'interno di una cellula pullula di molecole che fluttuano intorno, ma dopo che viene praticata una lacerazione nella membrana cellulare, i complessi dei pori nucleari formano un sigillo stretto attorno ai bordi della lacerazione per fermare qualsiasi perdita molecolare.
"Se ciò non accadesse rapidamente, sarebbe catastrofico per la cellula, portando potenzialmente alla morte", ha detto Trantham-Davidson.
Entro 30 secondi dallo strappo, i complessi dei pori nucleari ricoprivano completamente il bordo della rottura. Nel giro di due minuti, i pori erano organizzati e in grado di controllare ciò che entrava e usciva dal nucleo, permettendo alla cellula di tornare alla normale funzione.
Utilizzando l'imaging di cellule vive e simulazioni al computer, i ricercatori hanno anche determinato il meccanismo fisico alla base della rapida riparazione. Hanno osservato che, in seguito al danneggiamento della membrana, le membrane nucleari interna ed esterna si fondono insieme, creando un'impalcatura su cui i complessi dei pori nucleari possono rapidamente assemblarsi. Questo processo comporta il rimodellamento dei complessi dei pori nucleari, in cui i complessi si smontano, si traslocano lungo la membrana e si riassemblano nel sito del danno. Questo meccanismo offre informazioni significative sul comportamento dinamico e sull'adattabilità dei complessi dei pori nucleari.
"I complessi dei pori nucleari sono incredibilmente grandi, quindi gli scienziati tradizionalmente presumevano che fossero lenti e immobili", ha detto Trantham-Davidson. "Il nostro studio mostra che sono straordinariamente dinamici, e questo è probabilmente vero per altri grandi complessi biologici."
I risultati potrebbero avere implicazioni per i trattamenti contro il cancro. Le cellule tumorali spesso perdono la capacità di riparare i danni alla membrana nucleare, il che potrebbe renderle più sensibili alle terapie mirate a questo meccanismo di riparazione.
"Capendo meglio come le cellule riparano le strutture di base quando sono danneggiate, potremmo essere in grado di progettare nuove terapie per aiutare il sistema immunitario a riconoscere e uccidere meglio le cellule tumorali", ha detto Trantham-Davidson.
