Come i motori molecolari guidano la locomozione cellulare

Una delle meraviglie del mondo microscopico è la capacità delle cellule di cambiare forma, dividersi e persino muoversi con le proprie forze. La meccanica alla base di questi processi è guidata dal citoscheletro di una cellula, una rete fibrosa di filamenti di actina che fornisce una sorta di impalcatura interna.

Questa impalcatura è costellata di motori molecolari chiamati miosina, che afferrano i filamenti di actina e iniziano a tirare, come una squadra di pub in un tiro alla fune. Questo strattone è ciò che fa sì che una cellula cambi forma, si divida e si muova.

Eppure, esattamente come una serie di motori che tirano questi filamenti interni può guidare questo processo non è del tutto chiaro, in particolare quando i motori e le fibre sono orientati più o meno a caso. Un enigma in particolare è come questo strattone possa modificare le proprietà di massa della cellula, come la sua rigidità, di molti ordini di grandezza.

Oggi abbiamo un'idea di questo problema grazie al lavoro di Chase Broedersz e Fred MacKintosh della Vrije University di Amsterdam. Questi ragazzi hanno creato un modello 2D di un'impalcatura cellulare fatta di filamenti rigidi e motori molecolari sparsi all'interno della sua struttura. Ciò che osservano è una visione interessante di come il comportamento lineare dei motori porta a un cambiamento non lineare nella rigidità dell'impalcatura.

La chiave è che le sollecitazioni all'interno dell'impalcatura non sono distribuite uniformemente all'inizio: c'è molto gioco. Questo ha un grande effetto sulla proprietà di massa della cellula, rendendola essenzialmente floscia.

Accendi i motori e questo cambia rapidamente, dicono Broedersz e MacKintosh. I motori si avvolgono rapidamente nell'allentamento e l'impalcatura si irrigidisce. Le sollecitazioni interne generate dai motori eliminano le modalità di flessione floscia nel sistema, lasciando le modalità di allungamento rigide, dicono.

In un certo senso, invece di modificare le proprietà dell'impalcatura, i motori ne rivelano semplicemente un altro aspetto altrimenti nascosto. È così che i motori generano un cambiamento non lineare nella rigidità anche se il loro comportamento è lineare.

Da lì, non è difficile immaginare come l'irrigidimento e l'ammorbidimento selettivo dell'impalcatura cellulare in varie parti di una cellula possa portare a cambiamenti di forma, divisione cellulare e persino locomozione.

Questa è un'idea che potrebbe avere implicazioni interessanti e non solo per la nostra comprensione della meccanica cellulare. Questi principi possono ispirare la progettazione di nuovi materiali biomemetici attivi con proprietà elastiche regolabili, affermano Broedersz e MacKintosh.

Una nuova generazione di prodotti ispirati ai cellulari. Fresco!

Rif: arxiv.org/abs/1009.3848 : I motori molecolari irrigidiscono le reti polimeriche semiflessibili non affini

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