Per mantenere in vita una cellula, le proteine motrici molecolari trasportano costantemente i mattoni e i rifiuti attraverso la cellula, lungo la sua rete di biopolimeri. A causa dell'elevata densità di queste proteine, si ritiene che gli effetti di disturbo influenzino questo trasporto, proprio come gli ingorghi influiscono sul traffico stradale. Però, non si sa molto su tali effetti di affollamento nel traffico cellulare. I ricercatori dei gruppi di Erwin Peterman e Peter Schall presso il LaserLaB (VU) e l'Istituto di fisica (UvA) hanno ora trovato un modo per visualizzare e misurare direttamente questi effetti di disturbo nel traffico cellulare. I loro risultati, che sono stati pubblicati in Revisione fisica X questa settimana, fornire nuove informazioni sulle interazioni motorie nell'affollato trasporto motorio molecolare. Questo progetto sta ricevendo finanziamenti dal programma Complexity di NWO.
Le cellule viventi richiedono un trasporto costante di nutrimento e rifiuti. Ciò è ottenuto da proteine motrici molecolari che trasportano organelli e altri elementi costitutivi lungo la rete di biopolimeri del citoscheletro, che abbraccia il volume della cellula. Il meccanismo di deambulazione dei singoli motori è stato ampiamente studiato:Kinesin-1, Per esempio, un importante rappresentante della famiglia di proteine Kinesin, mosse dal successivo, stepping manuale di due domini motori in passi ben definiti di 8 nanometri. Ciò che è rimasto finora poco chiaro è come i motori camminano e interagiscono collettivamente. A causa della loro densa popolazione, gli effetti di affollamento potrebbero influenzare in modo cruciale il trasporto attraverso la cellula, ma finora non è stato possibile accedere a questi effetti nel regime densamente popolato.
Misure di velocità
I ricercatori dell'UvA e della VU hanno ora compiuto progressi significativi su questo problema combinando una nuova tecnica di imaging di correlazione con la modellazione fisica. Come negli studi precedenti, hanno usato motori marcati a fluorescenza in condizioni ben definite su microtubuli - componenti del citoscheletro della cellula - assemblati su un vetrino. Correlando i punti dell'immagine in movimento delle proteine motorie fluorescenti nello spazio e nel tempo, i ricercatori hanno potuto per la prima volta misurare la loro velocità e percorrere la lunghezza lungo il filamento ad alta densità.
Queste misurazioni hanno rivelato un notevole rallentamento dei motori all'aumentare della densità, dimostrando la formazione di ingorghi. Questi ingorghi sono stati direttamente confermati nelle tracce osservate dei motori. Per di più, i ricercatori hanno dimostrato che questi ingorghi erano ben descritti da semplici modelli di trasporto, in cui le proteine motorie sono modellate da particelle dure che si accumulano quando si intralciano l'una con l'altra. Sorprendentemente però, le diverse specie motorie hanno mostrato lunghezze molto diverse su cui interagiscono:dalla loro dimensione fisica assunta nel modello semplice, fino a una distanza 30 volte maggiore di questa dimensione.
Pur chiarire il meccanismo alla base di questa interazione a lungo raggio rimane un intrigante problema aperto per la ricerca futura, i risultati attuali illustrano già le caratteristiche molto diverse dei motori. Imparare di più su queste proprietà specifiche delle proteine motorie potrebbe aiutare a far fronte a, o addirittura sopprimere gli effetti di disturbo nel traffico cellulare. Per esempio, è ben noto che, in malattie come il morbo di Alzheimer, il trasporto neuronale è gravemente ostacolato, con conseguente accumulo locale di proteine motorie e dei loro carichi, che potrebbe avere un ruolo nella neurodegenerazione.
