De acordo com um modelo teórico desenvolvido por físicos LMU, em protrusões celulares, as proteínas do motor de transporte de carga costumam atrapalhar-se. O resultado é que as proteínas de difusão livre atingem a vanguarda mais rapidamente.

Horário de verão, as aulas acabaram - e os turistas entraram em seus carros e foram direto para a rodovia mais próxima. O aumento do volume de tráfego nas autoestradas nesses horários resulta regularmente em uma infinidade de congestionamentos e condições de lentidão. Simulações matemáticas do transporte de carga em protrusões celulares localizadas por proteínas motoras sugerem que um fenômeno muito semelhante ocorre em células vivas. Em um novo artigo que aparece no jornal Cartas de revisão física , O professor da LMU Erwin Frey e Isabella Graf descrevem o desenvolvimento de um modelo teórico, o que indica que a maneira mais eficaz para as proteínas alcançarem seus destinos em protrusão estreita é se difundir na maior parte do caminho e "pular no ônibus" (ou seja, se anexar a uma proteína motora) a uma curta distância de seu objetivo.

As células produzem protrusões finas semelhantes a espinhos, chamadas filópodes ou microvilosidades, ao recrutar subunidades para polimerizar os filamentos de actina em regiões localizadas imediatamente abaixo da membrana plasmática. Os filamentos em crescimento interagem com proteínas de reticulação para formar feixes rígidos que empurram a membrana celular para fora e estabilizam a projeção que se estende. Essas saliências estão envolvidas na migração celular, cicatrização de feridas ou processos de sinalização intercelular, e formam "bordas em escova" características nas superfícies apicais do epitélio intestinal. Dependendo das funções dessas projeções, proteínas específicas devem ser transportadas para suas pontas. Este processo pode ser realizado por difusão passiva no citoplasma que envolve os filamentos ou por transporte ativo mediado por especialistas, proteínas motoras de ligação de carga. Esses motores se ligam e "andam" ao longo das subunidades dos filamentos de actina polarizados direcionalmente, levando sua carga para as pontas das saliências. "Seria ingenuamente supor que o sistema de transporte direcionado levaria as proteínas lá muito mais rápido do que a difusão livre, "diz Isabella Graf." Mas agora usamos um modelo matemático para simular e analisar a interação entre o transporte ativo e difusivo em protrusões celulares, que representam um sistema semifechado - aberto na base, fechado na ponta. - E para nossa surpresa, descobrimos que o transporte difusivo é, na verdade, o meio de transporte mais eficiente. "

Simulações baseadas no modelo, que incorpora ligação e separação dinâmicas de proteínas motoras de, e movimento direcional gradual ao longo dos filamentos, revelam que as taxas de direcionamento, o transporte ativo dentro das saliências é significativamente reduzido pelo impedimento estérico entre as proteínas motoras nos filamentos. Uma vez que eles não podem saltar sobre os que estão à frente deles nem ocupar o mesmo espaço, correlações surgem entre eles, de modo que eles não se comportem mais de forma independente. O resultado desse comportamento correlacionado é o congestionamento do tráfego - exatamente como aquele visto em uma rodovia movimentada - e o progresso em direção à ponta é drasticamente reduzido.

O modelo matemático desenvolvido pelos autores leva em consideração a densidade das proteínas motoras e sua interferência mútua. e reflete com precisão a dinâmica de transporte ao longo dos filamentos de actina. Com base nos resultados de suas simulações, os autores concluem que as proteínas que tomam a opção difusiva chegam à ponta mais rápido, mas pode realmente fazer uso do sistema de filamentos para o último trecho da viagem. "Desde que o tailback não seja muito longo, pode realmente ter um efeito positivo na vizinhança da ponta, "diz Graf." Como a taxa de avanço é lenta, proteínas motoras passam mais tempo nesta região do que fariam de outra forma, e suas cargas, portanto, têm mais tempo para cumprir sua função. ”Além disso, o modelo sugere que seria biologicamente benéfico se a taxa de descolamento perto da ponta do filamento fosse maior do que em outros lugares, pois isso reduziria o comprimento do tailback, ao mesmo tempo em que favorece o acúmulo de proteínas motoras na ponta.