Se le cellule sono così piccole è colpa della gravità

Strani e inattesi legami tra fisica e biologia. Potrebbe essere proprio la gravità, una delle quattro interazioni fisiche fondamentali che regolano l’Universo, a limitare le dimensioni delle unità biologiche costituenti gli organismi viventi – le cellule, appunto –, che non superano mai l’estensione dei micrometri (millesimi di millimetro). Ad illustrarlo, oggi, è uno studio condotto da due ricercatori dell’Università di Princeton, negli Stati Uniti, i bioingegneri Marina Feric e Cliff Brangwynne. La ricerca, presentata durante un congresso della American Society for Cell Biology/International Federation for Cell Biology e pubblicata su Nature Cell Biology, indaga la meccanica del nucleo cellulare di un particolare animale, la rana di origine africana chiamata Xenopus laevis.

Una specie singolare, scelta dagli scienziati a causa della grandezza delle sue cellule uovo (oociti), che risultano enormi se comparate con quelle di altre specie: il nucleo dell’oocita dello Xenopus è infatti più grande della maggior parte delle cellule dell’uomo, raggiungendo una dimensione del diametro pari a circa 450 micrometri (quasi mezzo millimetro). Basti pensare che generalmente le cellule eucariotiche – quelle dotate di un nucleo separato dal resto della cellula e proprie degli organismi complessi quali gli animali e l’uomo – assumono dimensioni di circa 10 micrometri, anche se possono manifestarsi delle eccezioni.

In pratica, se una cellula umana fosse grande quanto un palazzo di dimensioni medie, la cellula di Xenopus Laevis potrebbe essere paragonata all’Empire State Building, riferiscono gli scienziati, un grattacielo americano di oltre 400 metri di altezza: un caso ‘straordinario’, dunque, che ha meritato l’attenzione della scienza.

Le cellule uovo della rana Xenopus laevis riescono a reggere il peso di milioni di ‘compartimenti’ cellulari all’interno del nucleo; alcune di queste strutture, tra l’altro, risultano essere senza membrana, un po’ come se si avesse un gregge di pecore da contenere in un terreno senza recinzione. Tali compartimenti sono costituiti da ‘gocce’ più o meno liquide, composte di Rna e proteine. Dentro al nucleo, si comportano un po’ come farebbero gocce di aceto immerse nell’olio: quando sono molto vicine tra loro, queste gocce si uniscono e cadono verso il fondo nucleare. Tuttavia, questa coesione non avviene come dovrebbe se tali gocce fossero soggette alla gravità: diversamente dall’aceto utilizzato per condire l’insalata, infatti, non si compattano in un unico grande gruppo sul fondo del nucleo.

Dunque, come vengono ‘sostenuti’ questi compartimenti e perché la cellula uovo dell’esemplare di Xenopus laevis assume dimensioni così estese, rappresentando di fatto un’”eccezione alla regola” nel mondo cellulare?

La causa di questo processo singolare è da ricercarsi nella presenza di un altro ingrediente, contenuto nella cellula uovo in quantità significativamente maggiori rispetto alle cellule molto più piccole di altre specie. Si tratta dell’actina, una proteina globulare che costituisce sottilissimi filamenti: già in precedenza gli scienziati avevano mostrato che le reti di questa proteina sono in grado di evitare che le microscopiche strutture del nucleo si congiungano in un gruppo omogeneo, separandole tra loro, un po’ come se queste goccioline siano intrappolate in una struttura a maglia che non permette loro di unirsi.

Oggi, gli scienziati hanno voluto indagare questo meccanismo, studiando il comportamento della proteina actina. Per misurare la tensione esercitata dalla gravità sulle sostanze all’interno del nucleo e contro la rete di actina che le contiene, i ricercatori hanno iniettato all’interno della cellula un piccolissimo ‘grano’ magnetico e, accendendo un magnete, hanno introdotto una forza a loro nota. In questo modo, hanno osservato che la rete di actina è meno resistente della gelatina (di frutta), e, proprio come la gelatina , quando viene sollecitata oltre un certo limite, essa si rompe e perde la sua forma strutturata. Infrangendo questa rete, le gocce contenenti Rna e proteine subiscono gli effetti della gravità e si sedimentano, raggiungendo il fondo del nucleo cellulare.

È proprio l’ampia concentrazione della proteina actina, che, ‘combattendo’ la gravità, permette alla parte interna della cellula uovo dell’esemplare di Xenopus laevis di assumere dimensioni superiori alla media, rendendola così speciale. Attraverso un’eccezione – quella della piccola rana proveniente dall’Africa – che conferma la regola, dunque, gli scienziati hanno illustrato perché le dimensioni della maggior parte delle cellule sono dell’ordine dei micrometri. “Tutte le forme di vita sono soggette alla gravità”, si legge nello studio, “i nostri risultati potrebbero avere ampie implicazioni [per la comprensione ndr] della crescita della cellula e per il controllo delle sue dimensioni”.

Riferimenti: Nature Cell Biology doi:10.1038/ncb2830
Credits immagine: Wikipedia

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