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Organelli citoplasmatici: un sistema che ne controlla le dimensioni

L’ottimizzazione delle dimensioni degli organelli, strutture subcellulari specializzate per eseguire diversi processi biochimici, è essenziale al buon funzionamento della cellula stessa. Diverse prove indicano che questo processo è governato attraverso complessi sistemi di monitoraggio interno che solo ora iniziano a essere studiati, come nel caso di un’alga unicellulare presa come modello di riferimento.

Le cellule hanno sistemi di monitoraggio interno dedicati al controllo delle dimensioni dei propri organelli: è questa la conclusione di gruppo di ricercatori dell’Università della California a San Francisco, che illustra i risultati in un articolo pubblicato su “Science”.

La fisiologia della cellula è spesso considerato uno dei campi meglio conosciuti della biologia, ma in realtà ci sono ancora molti aspetti non ancora chiariti. Uno riguarda le dimensioni degli organelli, strutture subcellulari specializzate nell’eseguire diversi processi biochimici. In linea di principio, organelli più grandi possono contenere maggiori quantità di enzimi e quindi mediare flussi metabolici più elevati in modo più efficiente. Di fatto però le dimensioni dei diversi organelli devono essere adattate alle necessità cellulari, fra cui quelle funzionali, di distribuzione e di trasporto dei prodotti metabolici. L’ottimizzazione delle dimensioni degli organelli è evidente in cellule con ruoli specializzati, come quelle secretorie o come nei fotorecettori.

Inoltre, difetti nelle dimensioni degli organelli portano a un funzionamento improprio, anche grave, delle cellule; l’alterazione nella lunghezza del fuso mitotico, per esempio, può portare a una difettosa distribuzione dei cromosomi nella cellula in divisione.

Per cercare di comprendere i meccanismi con cui avviene questo controllo dimensionale, Yee-Hung M. Chan e colleghi hanno esaminato un’alga eucariote unicellulare, Chlamydomonas, caratterizzata dal fatto di avere due flagelli di lunghezza differente. Queste lunghezze dipendono da processi di montaggio e smontaggio basati sul trasporto di materiale strutturale da parte dei microtubuli e dal trasporto intraflagellare, che trasferisce la tubulina al punto di crescita flagellare.

Quando sono recisi, i flagelli si rigenerano a una velocità progressivamente inferiore: la rapidità della ricrescita fino alle dimensioni originali conferma l’ipotesi per cui il controllo della lunghezza avvenga con un meccanismo di crescita stereotipato, mentre la diminuzione del tasso di crescita è indicativa di controllo a feedback.

“Quando un flagello di Chlamydomonas viene reciso – osservano i ricercatori – durante la rigenerazione l’altro flagello si accorcia fino a quando i due flagelli raggiungono lunghezze uguali, e a quel punto riprendere la crescita di entrambi. Questa equalizzazione delle lunghezze sembra indicare che la cella “sa” quanto sono lunghi entrambi i flagelli”.

Di fatto, concludono i ricercatori, le cellule possono misurare le dimensioni degli organelli in diversi modi: attraverso “molecole reporter“,  in grado di registrare il tempo necessario alla molecola coinvolta per attraversare un organello, oppure accumulando in un organello molecole la cui concentrazione sia controllata dalla dimensione dell’organello stesso, così da aumentarne o diminuirne la dimensione in base al modo in cui l’organello interagisce con altre strutture.

Ma possono essere presenti anche altri metodi di controllo come una determinazione preventiva del quantitativo di “materia prima” necessaria alla crescita o di un piano di sviluppo stereotipato seguito dall’intera cella. Secondo Yee-Hung M. Chan, è possibile che, nel caso di organelli di struttura più complessa in cui non conta solo lo sviluppo lineare ma anche quello superficiale o in tre dimensioni, siano all’opera più sistemi di controllo interconnessi.

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