SEMINARIO DI BIOLOGIA - I condensati biologici nella compartimentazione spazio-temporale della cellula

Docente: Claudio Schneider

Durata: 28 ore

Programma

Biological Condensates in the spatio-temporal cellular-compartmentalization.   

Formation of non–membrane-bound organelles through the condensation of macromolecules is a recently appreciated mechanism of intracellular organization. These liquid-like condensates form through liquid-liquid phase separation (LLPS) and are found in the cytoplasm and nucleus (1, 2). These condensates contain RNA binding proteins (RBPs) with distinctive domains, so-called prion/amyloid-like domains, which are structurally disordered . Interactions between prion/amyloid-like domains and additional interactions between RNAs and RNA binding domains drive the assembly of condensates by phase separation. Phase separation or liquid unmixing—a phenomenon resembling the formation of oil droplets in vinegar—is increasingly recognized as a major driver of functional compartmentalization within cells, allowing the rapid and dynamic isolation of specific activities within the cellular environment, without the need of a membrane. The dynamic intracellular environment organization into membraneless compartments posits an exciting scenario and many fundamental questions already approached by condensed-matter-physics to understand active matter. More importantly the accumulated evidence already give us glimpses on basic understanding of various devastating pathologies such as Alzheimer, Parkinson  and AmyotrophicLateralSclerosis.

I Condensati Biologici nella compartimentazione spazio-temporale della cellula.

 

Negli ultimi 5 anni evidenze sostanziali si sono accumulate ad evidenziare il ruolo fondamentale degli ‘organelli’-non-delimitati da membrane ovvero ‘condensati’ di proteine ed RNA nella formazione di ‘compartimenti’ che concentrano dinamicamente le reazioni biochimiche edorganizzano nello spazio e nel tempo il flusso dinamico e la fedeltà delle stesse reazioni di molti  processi cellulari. Tali condensati sono formati attraverso separazione di fase tra liquidi (Liquid-liquid-phase-separation LLPS, fenomeno che assomiglia alla nota formazione di goccioline d’olio nell’aceto) e sono trovati sia nel citoplasma che nel nucleo, a contenere sia proteine che RNA e DNA. Attualmente le conoscenze si sono concentrate sulla componente proteica dimostrando che la caratteristica distintiva delle proteine costituenti è la presenza di regioni/‘domini’ strutturalmente disordinati a comprendere domini prionici/amiloidali. Le interazioni ‘deboli’ tra questi domini/regioni disordinati (regolati da modificazioni post-traduzionali quali fosforilazione,metilazione e acetilazione) ed RNA porta alla formazione mediante ’separazione-di-fase’ di questi condensati, che servono per concentrare ciò che deve essere ulteriormente modificato e trasportarloo specificamnet ai siti di ‘utilizzo’. La separazione di fase o ‘demescolamento’ , serve quindi le analoghe funzioni di compartimentazione funzionale maggiormente note nel traffico vescicolare per lo scambio dinamico tra i vari compartimenti delimitati da membrana. L’organizzazione dinamica dell’ambiente intracellulare in ‘condensati’ delinea uno scenario ‘rivoluzionario’ per la comprensione degli aspetti di base della biologia cellulare, aprendo il ponte alle domande e conoscenze fondamentali che la fisica della materia condensata ha delineato per la comprensione della ‘materia-attiva’. Nell’ambito applicativo alla medicina, le evidenze accumulate finora sulla biologia dei condensati offrono già spunti critici alla comprensione dei meccanismi di base responsabili per malattie devastanti quali Alzheimer, Parkinsono a Sclerosi Amiotrofica. 


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