Mi sono ricordato di dimenticarmi una cosa!

Ben ritrovati su Scienziatimatti, pronti per un 2019 ricco di scienza!!

Quanti ricordi ci ha lasciato il 2018? Eeee, domanda più strana, quanti ricordi ci siamo scordati nel 2018?

Pensando all’anno appena trascorso ricorderemo forse i momenti più emozionanti, più tristi, o più felici, insomma, le cose più importanti. Se archiviassimo semplicemente tutto quello che ci capita usando il nostro cervello come un computer qualunque, come potremmo sapere quali cose sono importanti e quali non lo sono? Questo è ciò che si sono chiesti gli scienziati matti di oggi!

La domanda: dimenticare è fondamentale quanto apprendere. Ma come fa il nostro cervello a dimenticare le cose?

Dei topolini sono stati addestrati a nuotare in una vasca verso un’isoletta a pelo d’acqua (quindi nascosta alla vista dei nuotatori). Dopo qualche giorno di addestramento, l’isoletta è stata spostata dalla parte opposta della vasca. Messo il costume da bagno, i topi si dirigono verso l’isola, ma non la trovano. Pensando di averla mancata magari di qualche centimetro, nuotano un po’ intorno alla zona. Quando capiscono che l’isola non c’è più, iniziano a nuotare a caso alla ricerca di un’altra isola. Ma alcuni topi apparentemente normali e perfettamente in grado di imparare dove fosse l’isoletta, non si arrendono e continuano a nuotare nello stesso punto perché troppo convinti di ricordarsi che l’isola era proprio lì. Questi topi non sono testardi; sono incapaci di scordarsi le cose!!

Il meccanismo: grazie all’endocitosi è possibile regolare la plasticità sinaptica. Vediamo insieme cosa vuol dire.

Il recettore chiuso non fa passare lo ione Ca2+ (Calcio), quindi la cellula (gialla) resta con le cariche negative al suo interno. Quando il recettore si apre, il Ca2+ entra provocando un cambio di potenziale, un po’ come quando cambiamo l’orientamento di una pila. Il segnale per aprire le porte arriva dalla cellula rosa. L’insieme delle due cellule forma la sinapsi.

Nel nostro cervello ci sono miliardi di cellule chiamate neuroni che hanno delle braccia lunghissime, i dendriti e gli assoni, con le quali toccano altri neuroni stabilendo così dei contatti detti sinapsi. Su ogni sinapsi ci sono delle porte, dei recettori, che aprendosi fanno entrare il Calcio, un elemento chimico che porta con sé due cariche elettriche positive (Ca2+). La cellula che ha aperto le porte si caricherà generando uno stimolo elettrico.

Le sinapsi che usiamo più spesso sono più efficaci di altre. Per esempio la sinapsi che si accende quando ci chiedono il nostro nome sarà iper-veloce, mentre quella che si accende quando ci chiedono il nome del gatto del nostro vicino di casa sarà un po’ più lenta. Però se i vicini di casa vanno in vacanza e per una settimana dobbiamo occuparci di tale gatto chiamandolo 50 volte al giorno, la sinapsi che ci ricorda il nome del felino diventerà più rapida. Questa capacità si chiama plasticità sinaptica e dipende da quante porte (recettori) ci sono sulla sinapsi.

Abbiamo già visto qui che i recettori possono essere spenti e trasportati dentro la cellula grazie all’endocitosi.

I ricercatori hanno visto proprio questo: i topi che non riuscivano a scordarsi la posizione dell’isola nascosta erano privi di una proteina, la sinaptotagmina 3, che serve per endocitare i recettori delle sinapsi, quindi le loro sinapsi restavano affollate di recettori accesi.  

Probabilmente (ma questo è ancora da verificare), meccanismi simili sono alla base dei disturbi post-traumatici da stress dove una persona che ha vissuto un grande shock non riesce a dimenticare la situazione e resta costantemente stressata ed ansiosa.

Ecco come l’endocitosi può controllare la plasticità sinaptica per farci scordare le cose e far funzionare meglio il nostro cervello!


Qui il link alla ricerca originale: http://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaav1483

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Lo conosci Ted??

Chi si è mai trovato a cercare i propri amici in un luogo affollato come per esempio i negozi il 24 dicembre o un concerto con centinaia o migliaia di persone? I cellulari non funzionano, tutto intorno abbiamo sconosciuti che ci bloccano il passaggio… insomma non è per niente facile!

Persone in arrivo al concerto dei Rolling Stones di luglio 2017 a Lucca (foto de Il Corriere Fiorentino)

Adesso immaginiamo di essere una proteina dentro una cellula. Dobbiamo trovare i nostri compagni perché le proteine funzionano spesso in gruppo… ma se il concerto di cui sopra era affollato, l’interno della cellula è una bolgia infernale! Ci sono 10 miliardi (10.000.000.000) di proteine!!

Simulazione che mostra l’affollamento delle proteine all’interno di una cellula.

Ecco quindi la domanda che si sono posti i ricercatori protagonisti del nostro articolo odierno: come può fare una povera proteina a trovare i suoi compagni in mezzo a questo marasma?

In ogni articolo scientifico si parla di interazioni tra proteine come se fossero la cosa più naturale del mondo, quindi ci deve essere un modo semplice per far incontrare le proteine giuste tra di loro.

La risposta fino a ieri: all’interno della cellula ci sono gli organelli, spazi delimitati da membrane dove determinate proteine si concentrano in modo che si possano incontrare più facilmente; un po’ come se al concerto ci fosse un tendone chiuso dove solo chi ha il pass speciale può entrare.

La nuova risposta: in più ai compartimenti già conosciuti, esiste un nuovo organello che non è delimitato da nessuna membrana, il granulo TIS il quale deve la sua esistenza ad una proteina che per ora chiameremo Barney. Barney è amico di Ted ed in mezzo alla folla picchietta sulla spalla di una bella proteina che starebbe proprio bene con Ted. Questa si gira e Barney le chiede: “lo conosci Ted?”. Senza l’intervento dell’amico Barney non ci sarebbe mai stato l’incontro tra Ted e la bella proteina in quella confusione.

Barney in realtà si chiama TIS11B mentre il nostro Ted è un mRNA, ovvero un filamento su cui sono scritte le istruzioni per assemblare delle proteine. TIS11B gira in coppia con l’mRNA ed appena vede la proteina che gli serve, ci si attacca. Proteina, mRNA, e TIS11B si troveranno a questo punto in uno spazio preciso seppur non delimitato da membrane. Questo spazio prende il nome di TIGER in quanto è formato da Granuli TIS vicino al Reticolo Endoplasmatico (abbreviato ER, è l’organello incaricato di leggere gli mRNA per produrre proteine), e lo possiamo vedere in questa immagine:

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In verde vediamo il Reticolo Endoplasmatico (ER) ed in rosso il nuovo organello senza membrana, TIGER.

Ora che abbiamo svelato l’identità di Barney e di Ted non ci resta che capire chi è la bella proteina che incontrerà l’mRNA: TIS11B seleziona varie proteine transmembrana (che attraversano cioè una membrana da una parte all’altra come le integrine). Una di queste è PD-L1, oggetto delle ricerche sull’immunoterapia dei dottori Allison ed Honjo, premi Nobel per la medicina 2018!

Purtroppo servirebbe un altro articolo per capire a cosa serve PD-L1, ma per ora accontentiamoci di sapere che il nuovo organello TIGER la fa funzionare meglio.

Già di per sé poter dire di aver scoperto un nuovo organello è incredibile.. è un po’ come se qualcuno domani scoprisse un nuovo organo nel corpo umano! Per di più questa scoperta potrebbe contribuire a rendere ancora più efficaci le immunoterapie!


Qui il link alla ricerca originale:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31315-1#secsectitle0010

Eee… usiamo questo ultimo post del 2018 per farvi gli auguri di Buon Natale e felice anno nuovo!!

Dimmi cosa mangi…

Ultimamente si fa un gran parlare del microbiota, una parola strana che sta ad indicare tutti i microorganismi che vivono nel nostro intestino e che ci aiutano a digerire quello che mangiamo.
Questi microrganismi sono numerosi almeno quanto le cellule del nostro corpo. Quindi noi conteniamo in ugual numero cellule batteriche e cellule umane!

I nostri batteri intestinali si nutrono di sostanze che noi da soli non riusciremmo a digerire ed in cambio scompongono il cibo in modo da renderci più facile l’assorbimento di sostanze nutritive. Questa situazione rappresenta un win-win per noi e per i batteri e questo in biologia viene definito simbiosi.

Probabilmente abbiamo sentito dire che alcuni hanno un microbiota “migliore” di altri che non li fa ingrassare o che non li fa ammalare.
La ricerca in questo ambito è ancora poco matura, ma sicuramente le premesse sono interessanti. Ci sono tanti punti oscuri nello studio della flora intestinale. Per esempio, da dove arrivano questi batteri? Come mai non abbiamo tutti lo stesso microbiota?

Un gruppo di ricercatori ha dunque pensato di confrontare persone con stili di vita e diete radicalmente diverse: un gruppo di italiani di Bologna ed un gruppo di cacciatori-raccoglitori africani, gli Hazda.

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Gli Hazda vivono nella magnifica Tanzania e si nutrono principalmente di carne (cacciagione), miele, baobab, bacche, e tuberi.

A Bologna i baobab non sono molto frequenti (o almeno non ne ho visti molti l’ultima volta che ci sono stato!), mentre abbondano tortellini e piadine, insieme a tanti altri prodotti tipici della cucina occidentale.

Incredibilmente si è scoperto che il microbiota degli Hazda contiene molte più specie del microbiota italiano! Ma le differenze non finiscono qui: negli Hazda non ci sono tracce di Bifidobatterio, che noi consideriamo fondamentale al punto da assumerlo con gli integratori se ci manca. Inoltre gli Hazda hanno vari batteri del ceppo Treponema, che noi associamo generalmente a malattie come la sifilide!

Ogni tipo di batterio predilige alcuni alimenti, per esempio il Bifidobatterio è ghiotto di latte, mentre Treponema può prendere le sua energia dalle fibre delle piante.
Gli Hazda non hanno latte nella loro dieta, quindi il Bifidobatterio nel loro organismo non trova il nutrimento adatto e se ne va (o magari non ci arriva proprio.. Questo resta da investigare!). Per il Treponema invece i ricercatori avanzano un’ipotesi interessante: le fibre non sono normalmente digerite dall’uomo, ma Treponema scomponendole per mangiarsele, ce le rende parzialmente accessibili. Questo significa che a differenza di noi italiani, gli Hazda potrebbero ricavare energia dalle piante. Tutto questo senza sviluppare nessuna malattia generalmente collegata a Treponema!

Ecco che la grande adattabilità dell’uomo non dipende solo dalle differenze nel nostro DNA (!), ma anche dai batteri che attraverso la dieta ci scegliamo come collaboratori!


Qui il link alla ricerca originale: https://www.nature.com/articles/ncomms4654

I droni di Madre Natura

L’articolo di oggi parla di intrepidi avventurieri che sono stati intervistati da un gruppo di scienziati abbastanza pazzi da andarli a cercare fino in capo al mondo. Gli avventurieri che hanno rilasciato l’intervista non sono però umani… sono colibrì!

Con le loro 337 specie diverse, i colibrì conquistano vari record come per esempio quello degli uccelli più piccoli del mondo.  Nonostante siano bersaglio di facili ironie per le loro dimensioni ridotte, i colibrì non si lasciano certo scoraggiare, anzi sono capaci di imprese epiche come migrazioni di 800 e più chilometri utilizzando poco più di 1 grammo di grasso come carburante (che è comunque il 50% del loro peso).

 

I colibrì sono famosi per la loro abilità unica tra gli uccelli di restare sospesi in aria, come fanno per esempio le api di fronte ai fiori.

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Un colibrì che si scuote dall’acqua piovana per poter continuare a volare. Ortega-Jimenez et al. 2016

Possono pesare tra i 3 ed i 20 grammi (per avere un’idea: una moneta da 1€ pesa 7.5 grammi!), ma non hanno problemi a volare quando c’è un vento che soffia a 35 km/h (mare Forza 4) o quando è in corso un acquazzone. Per evitare di farsi inzuppare dall’acqua che li appesantirebbe, i colibrì si scuotono continuamente, asciugandosi pur restando sotto la pioggia. 

Ma ancora più sbalorditiva è la loro agilità, detta più tecnicamente manovrabilità: a velocità di oltre 50 km/h i colibrì riescono a cambiare direzione, a virare, a salire o scendere con una facilità da fare invidia a qualunque pilota di astronavi di Star Wars.

I ricercatori protagonisti dell’articolo di oggi hanno studiato proprio questa capacità dei colibrì. Per farlo sono andati negli habitat naturali degli uccelli e li hanno filmati in 3D. Per studiare la manovrabilità, le possibili manovre aeree sono state divise in tre grandi classi:

  • Traslazioni = accelerazioni, decelerazioni
  • Rotazioni del corpo = piegare il corpo in avanti o indietro, a destra o a sinistra, come per l’appunto fa un drone quando deve andare avanti, indietro, a destra o a sinistra (per gli ingegneri: Roll, Pitch, Yaw)
  • Inversioni complesse = brusche inversioni di rotta (una specie di giravolta in aria) o lunghi archi per curvare verso destra o verso sinistra.

Si è così scoperto che:

  • specie diverse sono specializzate in acrobazie diverse , quindi guardando le acrobazie si può capire di che specie sia il colibrì che stiamo guardando.
  • Specie più grandi fanno traslazioni e rotazioni più veloci.Questo non per via del peso maggiore, come si potrebbe pensare intuitivamente; infatti all’interno della stessa specie gli individui più grassottelli sono svantaggiati.
  • Il vero segreto sta nei muscoli più sviluppati ed ali più grandi propri delle specie mediamente più grandi. Tutto questo apparato permette ai colibrì di battere le ali anche 50 volte al secondo, rendendoli gli uccelli più agili del pianeta.

Le potenzialità dei colibrì sono sempre più fonte di ispirazione per gli ingegneri che vorrebbero costruire dei droni perfetti come quelli di madre natura. Per migliorare ancora bisognerà continuare a studiare le capacità aerodinamiche di questi uccelli e magari integrare con una comprensione delle astuzie energetiche che permettono ad esserini così piccoli di immagazzinare energie sufficienti ad affrontare le loro lunghissime migrazioni.


Qui il link alla ricerca originale, che si è anche guadagnata la cover di Science di febbraio 2018: http://science.sciencemag.org/content/359/6376/653/tab-pdf

 

Il senso del tatto delle cellule

Abbiamo già visto qui che le cellule possono leggere le proprietà fisiche del loro habitat.
Come? Proviamo a toccare un oggetto. Nell istante in cui le nostre dita lo sfiorano, il nostro cervello elabora informazioni circa la sua temperatura, consistenza (rigido o soffice), fattezza (liscio o rugoso) ed altro ancora. Questo grazie ad una miriade di sensori tattili presenti sulle nostre dita che trasformano l’informazione in un segnale biochimico o elettrico interpretabile dal cervello.
Anche le cellule hanno dei sensori sulla loro pelle (la membrana plasmatica) che convertono gli stimoli in segnali biochimici o elettrici.
Quando si parla di segnali bisogna capire due cose:

  • Come si attiva il segnale? Ogni sensore è attivato da uno stimolo diverso (temperatura, rigidità, …).
  • Come si spegne il segnale? I sensori vengono portati all’interno della cellula tramite un processo chiamato endocitosi. Dato che lo stimolo attivatore è fuori dalla cellula, portando dentro il sensore fermerò il segnale!

L’articolo di oggi è un lavoro di un autore del blog e parla di come le cellule possono interpretare la rigidità!
I sensori incaricati di “leggere la rigidità” sono le integrine, proteine transmembrana, che spuntano un po’ all’interno e un po’ all’esterno della cellula. Le integrine toccano tutto quello che sta intorno alla cellula e quando trovano una cosa che gli piace, ci si aggrappano. Parte il segnale. La cellula prova a spegnerlo facendo rientrare l’integrina tramite endocitosi. Una proteina flessibile, la clatrina, si attacca alla membrana plasmatica piegandola verso l’interno. Vediamo due scenari possibili:

  • Superficie rigida: le integrine arrivano in massa, si aggrappano con tutta la loro forza e riescono a contrastare le clatrine che arrivano sempre più numerose. Si crea una placca di clatrina, un pezzo di membrana che non ce la fa a curvarsi e resta piatto. Altri sensori arrivano sulla placca convinti di venire endocitati, ma invece restano lì, accesi. Tra questi c’è il recettore del fattore di crescita EGF (EGFR) che quando è acceso dice alla cellula di proliferare. Molti tumori insorgono perché il segnale di EGFR non viene spento e le placche di clatrina potrebbero essere uno dei tanti modi che i tumori usano per lasciare acceso EGFR.
  • Superficie soffice: le integrine si aggrappano alla superficie esterna, ma la clatrina tira e la superficie esterna si piega fino a spezzarsi. L’integrina finirà col trovarsi dentro una bolla completamente ripiegata verso l’interno della cellula. La clatrina ha vinto, l’integrina viene endocitata.

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A sinistra, una cellula su una superficie rigida. Le grosse macchie bianche sono placche di clatrina. A destra, una cellula su una superficie soffice. Ogni puntino che scompare coincide con un evento di endocitosi (la clatrina che vince).

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Le stesse cellule del video qua sopra (sinistra: superficie rigida; destra: superficie soffice) osservate al microscopio elettronico. Le placche di clatrina sono state colorate in giallo.

Le placche di clatrina non hanno però un ruolo puramente malvagio. Le cellule dell’osso vivono in un ambiente molto rigido ed infatti hanno le placche di clatrina, ma hanno imparato ad usarle per i loro scopi, senza necessariamente trasformarsi in tumori. Altre cellule invece (nel fegato, per esempio) passano tutto il tempo in ambienti soffici e se la rigidità del loro ambiente aumenta, formano placche di clatrina che inviano segnali di proliferazione. Se le cellule non imparano a controllare tali segnali, si può creare un tumore.
Capire come controllare le placche di clatrina potrebbe darci nuove armi per combattere i tumori e con questo lavoro speriamo di aver stimolato la curiosità dei ricercatori nei confronti di queste strutture 🙂


Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/ba6RO

La scienza degli X-Men – Speciale Lucca Comics&Games 2018

La pelle impenetrabile di Colossus

Lucca Comics and Games in qualche modo influenza tutti i lucchesi, anche quelli che come noi non sono grandi appassionati di fumetti e manga. Forse per via di questo richiamo della nostra terra natia, ci sembrava quasi doveroso portare alla luce i numerosi legami tra scienza e fumetti.
Un fisico irlandese (Barry Fitzgerald) si è proposto di analizzare la scienza alla base dei supereroi e nell’articolo di oggi ci parla di Colosso, un membro degli X-Men, che ha il potere di rendere la sua pelle dura ed imperforabile quando lo desidera.
Avere una pelle d’acciaio comporta svariati problemi biologici. Vediamone alcuni!

Termoregolazione. il nostro corpo fa di tutto per mantenersi ad una temperatura costante intorno ai 37°C. Per questo quando è caldo sudiamo per raffreddarci.
Quando Colosso durante un combattimento decide di mettere su la pelle d’acciaio, le sue ghiandole sudoripare saranno probabilmente bloccate. Eppure nelle lotte il nostro eroe si muove un sacco e verosimilmente genera tantissimo calore. Come può allora evitare di auto-bollirsi? L’ipotesi più probabile è che la sua pelle non sia fatta di acciaio, ma di grafene, un materiale a base di carbonio che è più fine della carta ma più resistente del diamante.
Si può dunque ipotizzare che il gene-X (X nel senso di sconosciuto, come in X-Men) di Colossus codifichi per un bio-grafene, dove con bio- si intende una sostanza prodotta dal corpo umano che ha quindi le caratteristiche di altre proteine del nostro corpo come per esempio la capacità di autoassemblarsi in strutture complesse.
È quanto succede alla clatrina, che tra l’altro ha una struttura molto simile al grafene:

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Trasporto. Non basta produrre il bio-grafene, bisogna anche che la proteina arrivi nel posto giusto, ovvero sullo strato più esterno della pelle. Il dott. Fitzgerald propone un trasporto nel sangue e parla quindi di tutte le possibili conseguenze nefaste come aumento della viscosità del sangue, sovraccarico di lavoro per il cuore, ecc ecc. Noi proponiamo un modello più semplice dove il bio-grafene è prodotto in loco dai fibroblasti, le cellule specializzate nella produzione del collagene che compone la nostra pelle (altra proteina che si autoassembla). I fibroblasti di Colosso potrebbero essere portatori del gene-X del bio-grafene e, quando il gene si attiva, i fibroblasti della pelle di Colossus potrebbero passare dal produrre collagene al produrre bio-grafene. I fibroblasti infatti sono già nel posto giusto per poter riparare eventuali danni producendo collagene, perciò la nostra soluzione ci pare più semplice, ma essendo il dott. Fitzgerald un fisico e non un biologo gli perdoniamo questa svista 🙂
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Come magari qualcuno avrà intuito, il dott. Fitzgerald usa i supereroi come pretesto per insegnare la scienza ai ragazzi. Nel suo articolo parla di molti altri aspetti del corpo umano, ma non volevamo togliervi tutta la sorpresa!


Ecco qui il link alla ricerca originale: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30192188

Il mistero della memoria delle cellule

La biologia e la fisica si stanno avvicinando sempre di più l’una all’altra e, come succede ogni volta che due realtà diverse si mescolano, da questo incontro stanno nascendo cose straordinarie.

Fino a pochi anni fa i biologi se ne stavano a guardare cosa succedeva alle loro cellule, mentre i fisici nel laboratorio accanto studiavano le proprietà dei materiali come rigidità, elasticità, resistenza alla pressione, eccetera. Poi un giorno, uno scienziato distratto è entrato nel laboratorio sbagliato e si è accorto che le cellule erano in grado di rispondere a cambiamenti delle caratteristiche fisiche dell’ambiente che le circondava! Era nata la meccanobiologia (o biofisica).

Una delle proprietà dei materiali più studiate nella meccanobiologia è la rigidità. Le cellule del nostro corpo sono spesso sottoposte a cambiamenti di rigidità. Per esempio i tumori solidi sono sempre più rigidi del tessuto sano dal quale derivano. Se ci pensiamo, il tristemente famoso tumore al seno è inizialmente individuato come una massa dura al tatto. Non si sa ancora esattamente come fanno, ma le cellule che “sentono” un aumento di rigidità nell’ambiente che le circonda iniziano a riprodursi (proliferare) ed a spostarsi più velocemente. Lo spostamento delle cellule, detto migrazione, è alla base della disseminazione delle metastasi.

 

L’articolo di oggi parla di rigidità ed è particolare perché propone un concetto che potrebbe sembrare pseudoscientifico, ma che è reale e misurabile, seppure non sia ancora totalmente spiegabile.

L’idea: è possibile che le cellule si ricordino delle proprietà fisiche dell’ambiente in cui sono state e si comportino di conseguenza?

Per esempio: una cellula tumorale si trova in un habitat rigido. Una cellula che migra lontano dal tumore però sarà di nuovo in un ambiente soffice. Pur essendo in un ambiente soffice, la cellula fuggiasca potrebbe continuare a spostarsi velocemente visto che si è allenata in una zona rigida e magari le metastasi potrebbero venire fuori dalle cellule fuggiasce più allenate.

La risposta: ! Le cellule che sono state addestrate in uno spazio rigido si muovono più velocemente delle cellule senza addestramento.

Questa immagine è stata creata seguendo per 3 giorni la migrazione di un gruppo di cellule.

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A velocità crescenti delle cellule corrispondono sfumature via via più accese di rosso. Nella colonna di destra ci sono le cellule addestrate alla rigidità (stiff priming) e, anche senza capire perfettamente l’immagine, si vede subito che a destra c’è più rosso che a sinistra.

 

 

Non è chiaro come facciano le cellule a ricordarsi di questo addestramento.

Gli autori propongono che c’entri qualcosa una proteina chiamata YAP, già nota ai meccanobiologi perché necessaria alle cellule per interpretare la rigidità del loro habitat. YAP si accende in spazi rigidi, ma si spegne rapidamente non appena la cellula arriva in uno spazio soffice. Quindi YAP non può essere la sola spiegazione di questo effetto memoria delle cellule che per ora resta un intrigante mistero!


Qui il link alla ricerca originale:

http://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.09.012

 

P.s. Come abbiamo già scritto in passato, non consigliamo affatto di usare sci-hub per accedere gratuitamente alle ricerche!  😉