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Lo studio offre la nuova comprensione in come le celle fondono

Gli scienziati hanno conosciuto per una decade quella le celle che fondono con altre per eseguire le loro funzioni essenziali - quali le celle di muscolo che si uniscono per fare le fibre - formano le proiezioni lunghe che invadono il territorio dei loro partner di fusione. Ma come i polimeri sottili e flessibili in questione in questo trattamento azionano le sporgenze meccanicamente rigide è stato sconosciuto.

In un nuovo studio l'oggi online pubblicato in biologia cellulare della natura, scienziati sudoccidentali di UT descrive i meccanismi dietro la formazione di queste proiezioni, mettente a fuoco sull'interazione fra due proteine conosciute come actina e il dynamin. I risultati, dicono, offrono la comprensione su un trattamento cellulare chiave che è essenziale per la concezione, sullo sviluppo, sulla rigenerazione e sulla fisiologia degli organismi multicellulari e possono finalmente piombo ai nuovi trattamenti per una malattia rara del muscolo.

La fusione delle cellule comprende tre punti principali, spiega la guida Elizabeth Chen, il Ph.D., un professore di studio nei dipartimenti di biologia molecolare e di biologia cellulare al centro medico sudoccidentale di UT di cui la ricerca mette a fuoco su questo trattamento. In primo luogo, le molecole di aderenza riuniscono le membrane cellulari, ma lasciano uno spazio fra le celle; dopo, una cella estende le proiezioni fingerlike che invadono l'altra cella; per concludere, le cosiddette proteine fusogenic portano le membrane delle cellule anche più vicino al tocco ed alla fusione.

Per quel punto medio, Chen dice, la ricerca dal suo laboratorio e da altri ha indicato che una proteina ha chiamato i giochi dell'actina un ruolo chiave nella formazione delle proiezioni. Tuttavia, l'actina forma i polimeri flessibili e sottili, conosciuti come i filamenti dell'actina, ciascuno con un diametro di soltanto 7 nanometri. Come questi filamenti sottili diventano meccanicamente abbastanza rigidi per eliminare le proiezioni che invadono altre celle era poco chiaro.

Per risolverlo, Chen ed i suoi colleghi hanno studiato l'interazione dell'actina con il dynamin, una proteina che può rilasciare l'energia proveniente dai legami chimici specifici trovati in tutto le celle. Uno dei ruoli dei dynamin è di pizzicare fuori dalle vescicole formate di recente che introducono il carico nelle celle, formando una struttura intorno “al collo„ delle vescicole che sporgono dentro dalla membrana cellulare. Sebbene gli studi precedenti abbiano indicato che il dynamin e l'actina sono stati associati a vicenda in molte strutture cellulari, come funzionano insieme è rimanere un mistero per due decadi.

Facendo uso delle celle di muscolo della mosca di frutta come sistema-modello, Chen ed il suo gruppo hanno cominciato osservando la fusione delle cellule di muscolo in embrioni geneticamente costruita per non fare alcun dynamin funzionale. Hanno trovato quello senza funzione di dynamin, non solo potrebbero queste celle più non fondersi, essi anche non potrebbero formare le proiezioni normali, suggerenti che il dynamin svolgesse un ruolo chiave a questo punto del trattamento.

I ricercatori poi hanno usato la microscopia per dare uno sguardo più attento a come le proteine depurative dell'actina e di dynamin hanno interagito quando erano miste in parti uguali. Hanno trovato che i filamenti dell'actina sono sembrato essere organizzati nei gruppi tenuti insieme ad intervalli regolarmente spaziati dal dynamin, gli ultimi di quali moduli un'elica quando le molecole multiple di dynamin montano insieme. Sorprendente, piuttosto che l'elica di dynamin che avvolge i filamenti dell'actina, i filamenti legano al cerchio esterno dell'elica, con ogni elica che cattura fino a 16 filamenti.

Sebbene questo esperimento indichi che il dynamin ha la capacità di catturare e tenere i filamenti multipli dell'actina nei più forti gruppi, Chen dice, eliche completamente occupate di dynamin è improbabile ad ultimo lungamente in celle, in cui le ampie fonti di energia che possono indurre queste strutture di dynamin a dissolversi nelle diverse unità è abbondanti. Abbastanza sicure, quando i ricercatori hanno aggiunto le fonti di energia alla miscela dell'dynamin-actina, le eliche di dynamin si sono sfasciate, ma non ad un modo sincronizzato. Mentre le eliche completamente montate hanno separato, altre sono rimanere - tenendo i gruppi dell'actina insieme mentre permettevano che i nuovi filamenti derivino dalle aree sciolte dal dynamin. Così trattamento dinamico infine piombo alla formazione di gruppi paralleli dell'actina collegati multiplo, quindi ulteriormente aumentando la resistenza meccanica della rete dell'actina, dice Chen. Gli esperimenti in celle hanno indicato che l'actina dinamica che impacchetta il trattamento era critica affinchè le celle formasse le proiezioni e da fondere con altre celle.

Sebbene Chen ed i suoi colleghi usino le celle di muscolo come loro sistema-modello, Chen nota che l'interazione fra actina e il dynamin che hanno scoperto qui potrebbe fare una parte fondamentale in altri tipi di fusione delle cellule, quali fra le celle dell'osso-resorbing o fra le celle immuni. I difetti in questo trattamento potrebbero anche essere responsabili di alcuni disordini rari come myopathy centronuclear, una circostanza in cui le celle di muscolo formano le fibre che sono troppo piccole. La ricerca precedente ha indicato che le mutazioni genetiche multiple in dynamin possono causare questa malattia.

Siamo interessati nell'esame come le mutazioni umane stanno bloccando il trattamento di fusione, in grado di finalmente piombo ai modi novelli intervenire ed aiutare questi pazienti.„

Elizabeth Chen, Ph.D., professore nei dipartimenti di biologia molecolare e di biologia cellulare al centro medico sudoccidentale di UT