I MICROTUBULI CELLULARI: LEGAME TRA BIOFISICA E BIOLOGIA

Siamo parte integrante della natura vibratoria Universo, comprendente vibrazioni meccaniche (udibili e non), campi magnetici e radiazioni elettromagnetiche (luce). Robuste evidenze sperimentali dimostrano come le nostre cellule produ- cano e percepiscano campi magnetici e oscillazione meccaniche. Queste ultime sono comprese sia all’interno della gamma udibile o subsonica di una vibrazione. È ormai certo che le dinamiche cellulari sono modulate in modo ritmico: tale “ritmo circadiano molecolare” rappresenta di per sè un portale di informazioni.

Il riconoscimento biomolecolare è anche indissolubilmente legato alla natura oscillatoria delle componenti subcellulari. Siamo inclini a pensare che le molecole debbano interagire come una chiave in una serratura per scatenare una risposta cellulare. Tuttavia, questa eventualità rappresenta soltanto una delle modalità con cui la trasduzione molecolare del segnale diviene operativa. Vi è assoluta evidenza che le reazioni cellulari mostrino caratteristiche di tempestività e di connessione ad ampio raggio che accadono con velocità troppo elevate per poter essere spiegate esclusivamente sulla base di una semplice diffusione molecolare nell’ambiente acquoso intra-cellulare. La maggior parte delle molecole d’acqua è associata a strutture subcellulari, che sono costantemente in movimento, oscillanti, come il citoscheletro e il nucleoscheletro, formando una sorta di network tessile che ingloba il nucleo, i mitocondri e il reticolo endoplasmatico, creando seri problemi ad un traffico meramente diffusivo di molecole segnale. A quale altra visione della generazione e propagazione delle informazioni biologiche possiamo attingere sulla base delle più recenti conoscenze? Se pensiamo alle proteine cellulari in termini fisici, possiamo vedere come alcuni dei loro motivi altamente conservati e ripetuti, quali strutture ad alfa-elica e le anse che connettono le alfa-eliche tra loro, siano rispettivamente assimilabili ad un sistema di molle e connettori, in grado di rendere una singola proteina capace di vibrare in una sorta di risonanza di fase. Questo oscillatore (la proteina) è come un metronomo, che grazie alla presenza di motori molecolari come kinesine o dineine, è in grado di muover- si lungo il cito-nucleo-scheletro, dove i microtubuli agiscono come una rete elastica dissipativa delle principali differenze ritmiche tra i vari oscillatori che compongono l’insieme delle molecole segnale. Questo contesto facilita e promuove il raggiungimento di fasi di sincronizzazione attraverso stadi evolutivi degli andamenti vibrazionali di ciascun oscillatore (molecola segnale) che, grazie alla rete di microtubuli con cui interagisce, diventa consapevole di quanto sta avvenendo nel sistema, per la sua intrinseca connettività. Tale approccio ci sta aiutando ad indagare come andamenti oscillatori multipli sia- no in grado di condividere informazioni. I microtubuli cellulari, a causa delle loro modalità intrinseche di vibrazione e polarità elettrica, sono ora considerati come un sistema in grado di generare campi elettrici ad alta frequenza con caratteristiche di irraggiamento. Questo campo oscillante appare essere di grande importanza per l’organizzazione intracellulare e l’interazione intercellulare. In una gran varietà di cellule è stata sperimentalmente rilevata una attività elettrodinamica nella regione di frequenze comprese fra kHz e GHz, dimostrando come i microtubuli siano la fonte di tale attività. I microtubuli possono essere quindi visti come dispositivi in grado di memorizzare ed elaborare informazioni, un pò come uno switch della flash memory nel chip di un computer. La capacità delle cellule di generare e modulare campi elettromagnetici è anche il fondamento per considerare la possibilità di dirigere il destino cellulare mediante energie fisiche. In questo contesto, è stato evidenziato per la prima volta che l’esposizione di cardiomiociti ventricolari adulti a campi magnetici di frequenza estremamente bassa (ELF-MF) ha portato alla modulazione trascrizionale di un sistema endorfinergico di molecole segnale, che è stato precedentemente dimostrato essere essenziale nella regolazione della crescita miocardica, degli andamenti oscillatori del calcio intracellulare e della sensibilità dei miofilamenti al calcio, elemento quest’ultimo fondamentale nella regolazione della contrattilità miocardica. Abbiamo anche scoperto che l’esposizione a ELF-MF induce una alta resa di cardiogenesi e un notevole incremento nella trasformazione di cellule staminali embrionali (ES) murine in cellule miocardiche terminalmente differenziate caratterizzate da attività contrattile spontanea.