Un gruppo di ricerca guidato dalla Cornell University e in collaborazione con diversi istituti internazionali ha sviluppato un nuovo strumento sperimentale per comprendere come si comportano i condensati biomolecolari all’interno delle cellule. Lo studio, pubblicato il 30 luglio sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), supera i limiti dei tradizionali diagrammi di fase applicando i principi della fisica della materia soffice alla biochimica cellulare. Questo approccio innovativo permette di misurare e confrontare le reazioni chimiche all’interno di strutture cellulari prive di membrane lipidiche isolanti.
- I condensati biomolecolari organizzano le reazioni cellulari senza l’ausilio di membrane lipidiche tradizionali.
- Un team guidato dalla Cornell University ha creato una metrica per confrontare l’effetto delle molecole sui condensati.
- I risultati offrono strumenti utili per lo studio di malattie neurodegenerative come Alzheimer e Parkinson.
I limiti della modellizzazione biochimica tradizionale
In biologia, la visione classica descrive la cellula come un insieme di compartimenti delimitati da membrane lipidiche, come il nucleo o i mitocondri. Negli ultimi anni, tuttavia, la ricerca ha dimostrato che le proteine e gli acidi nucleici possono organizzarsi spontaneamente in goccioline chiamate condensati biomolecolari tramite un processo noto come separazione di fase, analogo a quanto avviene quando acqua e olio si separano.
Tuttavia, descrivere questi fenomeni con i tradizionali diagrammi di fase chimico-fisici si è rivelato un ostacolo insormontabile. La presenza di migliaia di proteine diverse nel citoplasma renderebbe il calcolo di un diagramma completo matematicamente ed elaborativamente impossibile, richiedendo una quantità di dati teoricamente superiore al numero di atomi presenti nell’universo.
La svolta teorica e le tre tipologie di aggregazione
Per superare questa complessità, i ricercatori guidati da Takumi Matsuzawa ed Eric Dufresne hanno scelto di concentrarsi su una scala locale, analizzando il comportamento di tre specifici meccanismi di aggregazione cellulare: l’affollamento molecolare (crowding), l’interazione tra regioni flessibili della catena proteica (stickers-and-spacers) e il legame del tipo recettore-tasca (ligand-and-pocket).
Testando questi condensati con un’ampia gamma di molecole presenti naturalmente nelle cellule, il team ha misurato l’intensità delle risposte chimiche ottenute. I dati raccolti hanno permesso di sviluppare un quadro teorico generale in grado di interpretare la reattività dei condensati in diverse condizioni fisiche.
La nuova metrica sperimentale consente di quantificare con precisione l’impatto delle differenti sostanze chimiche sulla stabilità e sulla formazione dei condensati all’interno della cellula.
Le prospettive per la medicina e la caccia ai farmaci
La corretta formazione e la dissoluzione tempestiva di queste goccioline molecolari sono essenziali per il regolare funzionamento dei processi vitali. Quando questi meccanismi fisici si alterano, le conseguenze per l’organismo possono essere gravi: disturbi nella dinamica dei condensati sono stati infatti collegati all’insorgenza di patologie neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson.
In ottica futura, questo strumento sperimentale e teorico permetterà ai ricercatori di identificare con maggiore precisione molecole e principi attivi capaci di agire sui condensati difettosi. L’integrazione tra la fisica della materia e la biologia molecolare pone così le basi per una nuova generazione di farmaci mirati.
Cosa ne pensate dell’applicazione della fisica alla comprensione delle patologie cellulari? Esprimete la vostra opinione nei commenti.
