Cellule e malfunzionamento molecolare: lo studio dei ricercatori torinesi che potrebbe individuare nuove cure per il cancro

Il Politecnico, l'Università, l'Istituto Italiano per la Medicina Genomica e quello di Fisica Nucleare di Torino fanno luce sui meccanismi di auto organizzazione delle cellule viventi. Lo studio, a cura di un gruppo di ricercatori torinesi e russi dell'Istituto Landau di Fisica Teorica di Mosca, è stato recentemente pubblicato su Physical Review Letters e si focalizza sulla cellula eucariota, l'unità di base di tutti gli animali e delle piante. Ed è potenzialmente un lavoro di grande interesse perché il malfunzionamento dei processi di traffico molecolare all’interno delle cellule è associato a numerose gravi patologie, una su tutte il cancro. L’individuazione teorica dei possibili parametri di controllo del processo è un importante primo passo, necessario a meglio comprendere l’origine del malfunzionamento e a individuare possibilità di cura.

Processo di riordinamento

Al microscopio la cellula eucariota appare altamente strutturata e suddivisa in numerosi compartimenti circondati da membrane. Ogni compartimento svolge un ruolo specifico ed è occupato da molecole particolari e la ricerca individua in che modo la cellula mantiene questo ordine interno ammirevole, e - se non intervengono patologie - non degrada in un ammasso informe di molecole. Questo accade perché all’interno della cellula le molecole simili vengono continuamente riordinate e smistate verso le corrette destinazioni, un po’ come accade in una casa in cui il disordine viene tenuto a bada riordinando e ripulendo quotidianamente. Resta però misterioso come la cellula possa svolgere questa continua azione di ripristino del proprio ordine interno in assenza di un supervisore.

Due meccanismi spontanei

La ricerca - che ha coinvolto anche la Fondazione Collegio Carlo Alberto di Torino e l' Accademia delle Scienze Russa, National Research University Higher School of Economics (HSE) - ipotizza che il processo di mantenimento dell’ordine all’interno della cellula emerga dalla combinazione di due meccanismi spontanei. Il primo riguarda la tendenza di molecole simili ad aggregare sulle membrane in “gocce”, in maniera simile a quella per cui gocce d’acqua si formano in una nube di vapore che viene raffreddata.

Il secondo meccanismo è quello per cui queste “gocce di molecole” inducono l’incurvamento della membrana su cui si trovano e la formazione, e il successivo distacco, di minuscole vescicole arricchite dalle molecole che costituiscono le “gocce”. Le numerose membrane della cellula eucariota agiscono perciò in maniera simile ai tubi di un distillatore o di un alambicco naturale, nel quale i composti chimici vengono continuamente separati e rediretti nelle giuste destinazioni.

Aggregazione molecolare

Nel lavoro pubblicato, il processo di riordinamento descritto viene studiato matematicamente e simulato al calcolatore, mostrando che la tendenza delle molecole all’aggregazione è il parametro di gran lunga più importante nel controllare l’efficienza del processo. Per ogni gruppo di molecole esiste un valore ottimale del parametro, né troppo grande né troppo piccolo, per il quale il riordinamento avviene alla massima velocità possibile. In effetti, in assenza di aggregazione molecolare viene meno il motore principale dell’ordinamento. D’altra parte se la tendenza all’aggregazione è troppo intensa, le molecole “congelano” in un gran numero di “gocce” che cresce molto lentamente, e il processo di distillazione rallenta.

L’osservazione sperimentale di questo processo di distillazione condotta presso l’Università di Torino su cellule estratte dai vasi sanguigni dei cordoni ombelicali umani conferma il quadro teorico e suggerisce che l’evoluzione abbia naturalmente portato le cellule viventi a “lavorare” nella regione di parametri ottimale che garantisce la massima efficienza del processo di riordinamento molecolare.