Modelli matematici multidimensionale dei segnali intracellulari
Un nuovo modello spaziale è stato proposto per cercare di descrivere in modo accurato la propagazione dei segnali proteici all'interno delle cellule.
Qualsiasi stimolo esterno che agisca sulla membrana esterna di una cellula eucariota, attiva una cascata di reazioni che regolano quasi tutti gli aspetti del comportamento della cellula, come per esempio il metabolismo, il movimento o la proliferazione. Le cellule sono sistemi altamente compartimentalizzati, con molte diverse regioni, per cui il segnale deve essere trasportato nel giusto compartimento. Per esempio, il nucleo della cellula eucariota, e in particolare il DNA genomico, è il bersaglio di molti cammini di trasporto intracellulare, che influenzano l'espressione di geni specifici. In questo lavoro, ci siamo concentrati sul traffico molecolare attraverso la membrana nucleare e il trasporto nucleo-citoplasmatico. Per grandi molecole, il passaggio attraverso la membrana nucleare può aver luogo attraverso il complesso dei pori nucleari usando un sistema basato sulla proteina Ran. A differenza di altri modelli matematici, proposti nel recente passato e spesso formulati in termini delle medie spaziali delle concentrazioni molecolari, noi proponiamo in questo lavoro il primo modello macroscopico tridimensionale completamente integrato per l'importazione nel nucleo di molecole guidate dalla Ran, che contiene la diffusione e il trasporto attraverso le membrane, e ne mostriamo la validità con una discussione dettagliata sul problema dei parametri e della localizzazione delle reazioni. Per la prima volta, teniamo anche conto del possibile trasporto attivo lungo i microtubuli del complesso importina-cargo, che è responsabile per il potenziamento di vari processi di segnalazione, come per esempio il trasporto della proteina anti-tumorale p53. Ne viene fuori un sistema di equazioni alle derivate parziali che viene risolto usando un nuovo schema numerico basato sul metodo Discontinuous Galerkin. Le simulazioni effettuate utilizzando dati sperimentali in un quadro generale realistico, hanno mostrato un buon accordo tra i dati virtuali e gli esperimenti di laboratorio.
Riferimento: A. Cangiani, R. Natalini, A spatial model of cellular molecular trafï¬cking including active transport along microtubules, Journal of Theoretical Biology, 267 (2010), pp. 614-625
