Movimento del corpo, dai muscoli delle braccia ai neuroni che trasportano quei segnali al cervello, si basa su una vasta collezione di proteine ​​chiamate motori molecolari.

Fondamentalmente, i motori molecolari sono proteine ​​che convertono l'energia chimica in movimento meccanico, e hanno funzioni diverse a seconda del loro compito. Però, perché sono così piccoli, i meccanismi esatti con cui queste molecole si coordinano tra loro sono poco conosciuti.

Pubblicazione in Progressi scientifici , La School of Engineering dell'Università di Kyoto ha scoperto che due tipi di motori molecolari chinesina hanno proprietà di coordinazione diverse. Collaborando con l'Istituto Nazionale di Tecnologia dell'Informazione e della Comunicazione, o NIT, i risultati sono stati resi possibili grazie a un nuovo strumento sviluppato dal team che parcheggia i singoli motori su piattaforme migliaia di volte più piccole di una singola cella.

"La chinesina è una proteina motoria coinvolta in azioni come la divisione cellulare, contrazioni muscolari, e movimento dei flagelli. Si muovono lungo questi lunghi filamenti proteici chiamati microtubuli, " spiega il primo autore Taikopaul Kaneko. "Nel corpo, le chinesine lavorano come una squadra per trasportare grandi molecole all'interno di una cellula, o lasciare che la cella stessa si muova."

Per osservare da vicino il coordinamento, il team ha costruito un dispositivo costituito da una serie di nano-pilastri d'oro di 50 nanometri di diametro e distanziati da 200 a 1000 nanometri l'uno dall'altro. Per riferimento, una cellula della pelle è di circa 30 micrometri, o 30, 000 nanometri, di diametro.

"Abbiamo quindi combinato questo array con monostrati autoassemblati, o SAM, che immobilizzava una singola molecola di chinesina su ciascun nano-pilastro, " continua Kaneko. "Questo metodo di 'nano-modellazione' delle proteine ​​motrici ci dà il controllo del numero e della spaziatura delle chinesine, permettendoci di calcolare con precisione come trasportano i microtubuli".

Il team ha valutato due chinesine:chinesina-1 e chinesina-14, che sono coinvolti nel trasporto intercellulare e nella divisione cellulare, rispettivamente. I loro risultati hanno mostrato che nel caso della chinesina-1, né il numero né la spaziatura delle molecole modificano la velocità di trasporto dei microtubuli.

In contrasto, kinesin-14 diminuiva la velocità di trasporto all'aumentare del numero di motori su un filamento, ma aumentava all'aumentare della distanza dei motori. I risultati indicano che mentre le molecole di chinesina-1 funzionano in modo indipendente, kinesin-14 interagisce tra loro per regolare la velocità di trasporto.

Ryuji Yokokawa che guidava la squadra è rimasto sorpreso dai risultati, "Prima di iniziare questo studio, pensavamo che più motori portassero a un trasporto più veloce e più forza. Ma come la maggior parte delle cose in biologia, raramente è così semplice."

Il team utilizzerà il nuovo metodo di nano-modellazione per studiare la meccanica di altre chinesine e diversi motori molecolari.

"Gli esseri umani hanno oltre 40 chinesine insieme ad altri due tipi di motori molecolari chiamati miosina e dineina. Possiamo persino modificare il nostro array per studiare come questi motori agiscono in un gradiente di densità. I ​​nostri risultati e questo nuovo strumento amplieranno sicuramente la nostra comprensione del vari processi cellulari di base fondamentali per tutta la vita, "conclude Yokokawa.