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Scienziati spiegano come le cellule reagiscono e rispondono alle forze meccaniche

La questione di come singole cellule rispondono alle forze meccaniche, specialmente in considerazione del fatto che tali forze influenzano il comportamento delle cellule, da sempre suscita l’interesse degli scienziati. Non si era però trovata la soluzione… finora. Un team di ricerca è riuscito a identificare due molecole chiave che regolano l’adattamento cellulare alla forza. Lo studio è stato in parte finanziato dal progetto RHOMECHANOVASC (“Regulation of Rho proteins by mechanical forces in the vascular system”) che ha ricevuto una borsa internazionale Marie Curie per un soggiorno all’estero del valore di oltre 212.000 euro nell’ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell’UE.

Presentati sulla rivista Nature Cell Biology, i risultati mostrano come esercitando una forza meccanica sulle cellule si attivano le proteine Rho GEF attraverso segnali nervosi distinti. Il team, formato da biologi e fisici e coordinato dall’Università del North Carolina (UNC) a Chapel Hill negli Stati Uniti, spiega che le Rho GEF attivano le proteine Rho che formano la superfamiglia RAS, una classe di proteine collegate all’attività del cancro.

Gli scienziati dicono di aver prima applicato particelle magnetiche alle cellule e di aver quindi usato magneti per esercitare una forza sulle cellule. Questo ha contribuito a generare una tensione extracellulare.

“Abbiamo scoperto che la GEF-H1 regola il legame dei microtubuli, abbinato alla depolimerizzazione del microtubulo con l’attivazione della RhoA in diversi processi cellulari, come la permeabilità della barriera endoteliale, la migrazione e la morfologia dendritica della colonna vertebrale,” scrivono gli autori nell’articolo. “Per verificare se l’attivazione della GEF-H1 potrebbe essere il risultato della depolimerizzazione del microtubulo, abbiamo pretrattato le cellule con tassolo e abbiamo analizzato l’attività della CEF-H1 usando il metodo del pulldown assay sulla RhoA senza nucleotide dopo l’applicazione della forza. Abbiamo scoperto che il tassolo non aveva conseguenze sull’attivazione della GEF-H1 con la forza. Questo risultato indica che la GEF-H1 viene attivata indipendentemente dalla dissociazione del microtubulo e conferma esperimenti precedenti che avevano mostrato che il trattamento con tassolo non influenza la formazione di fibra a causa di uno stress dipendente dalla Rho-A in reazione allo stiramento.

Commentando i risultati dello studio, il professor Keith Burridge della UNC, autore anziano dello studio, ha detto: “Questo esperimento è stato possibile solo perché siamo stati in grado di mettere insieme un team di fisici e biologi della cellula. È molto interessante perché abbiamo identificato l’intero percorso tra la tensione esercitata sulla cellula alle proteine che, a loro volta, attivano altre proteine di cui conosciamo la tendenza a essere iperattive nel cancro.”

Studi precedenti avevano portato i ricercatori a credere che la crescita e le proprietà della cellula fossero influenzate dall’ambiente meccanico delle cellule. Le cellule solide di un tumore, per esempio, hanno probabilmente una superficie alterata, mentre altri hanno scoperto che la prognosi peggiorava se la matrice della cellula diventava più rigida.

Gli scienziati hanno scoperto che i tumori rigidi diffondevano un maggior numero di cellule che lasciavano il luogo originale del tumore e potevano far aumentare il rischio che il cancro si diffondesse attraverso le metastasi.

“Si era ipotizzato che la durezza e la tensione della cellula creasse un circolo vizioso che portava a una maggiore crescita, una più alta densità della cellula, una maggiore tensione e tumori più grandi,” spiega il professor Burridge. “I fondi per l’innovazione del Fondo universitario per la ricerca sul cancro ci hanno permesso di identificare la via nervosa e ci hanno fornito dati che hanno portato a un rinnovo della borsa di circa 1,3 Mio USD [circa 911.000 EUR] per i prossimi 4 anni.”

Per maggiori informazioni, visitare:

University of North Carolina (UNC) at Chapel Hill:
http://www.unc.edu/index.htm

Nature Cell Biology:
http://www.nature.com/ncb/index.html

 

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