Quanti filamenti fanno un microtubulo, e perché conta

Ogni cellula del nostro corpo ha uno scheletro. Non è fatto di ossa ma di filamenti di proteine che ne mantengono la forma, trasportano carichi da un punto all’altro, aiutano la cellula a muoversi e separano i cromosomi quando la cellula si divide. I più rigidi tra questi filamenti sono i microtubuli: tubi cavi migliaia di volte più sottili di un capello, che fanno da impalcatura e, insieme, da binari.

Un tubo fatto di filamenti

Il microtubulo è costruito con una proteina, la tubulina. Coppie di unità di tubulina si impilano testa-coda formando lunghi filamenti, detti protofilamenti, che si affiancano fino a chiudersi in un tubo. Nella maggior parte dei casi i protofilamenti sono 13, ma non è una regola fissa: a seconda dell’organismo e del tipo di cellula possono andare da 9 a 16. Anche i microtubuli assemblati in laboratorio ne contano un numero variabile, a seconda della tubulina impiegata e delle molecole aggiunte per stabilizzarli.

Questa varietà porta a una domanda semplice. Se la cellula può costruire tubi con più o meno filamenti, la scelta cambia il comportamento del tubo? Un’ipotesi diffusa è che la cellula possa regolare il numero di protofilamenti per modulare le proprietà meccaniche dei suoi microtubuli.

Ascoltare il tubo che vibra

Le proteine non stanno mai ferme. I loro atomi oscillano di continuo, e questi piccoli movimenti si propagano da una parte all’altra della struttura, un po’ come un tremito che attraversa un’impalcatura. In uno studio precedente abbiamo seguito il percorso di queste vibrazioni nella parete del microtubulo. È emerso che una delle due unità, la beta-tubulina, svolge gran parte del lavoro nel trasmettere l’informazione meccanica da un protofilamento al successivo, e che questo percorso si interrompe in corrispondenza del seam, l’unica linea lungo il tubo in cui i filamenti vicini si uniscono in modo diverso.

Nel nuovo studio ci siamo chiesti cosa succede quando il numero di protofilamenti cambia. Abbiamo combinato tre metodi computazionali: simulazioni di dinamica molecolare, che seguono il moto di ogni atomo; l’analisi di rete, che trasforma questi moti in una mappa delle vie lungo cui viaggiano le vibrazioni; e i modelli a rete elastica, che descrivono l’intero tubo come un insieme di molle collegate e permettono di stimarne la rigidità.

Cosa cambia con più filamenti

Aggiungere protofilamenti non rende il tubo soltanto più largo. Cambia il modo in cui le tubuline vicine si toccano, cambia quanto le loro superfici laterali respingono l’acqua e cambia il moto di una piccola ansa flessibile della tubulina, nota come M-loop.

Il risultato più netto è un compromesso. Al crescere del numero di protofilamenti cambiano le vie che portano le vibrazioni attraverso la parete, e cambia la resistenza del tubo alla flessione. I microtubuli più larghi trasmettono l’informazione meccanica in modo meno efficiente, ma offrono un sostegno strutturale maggiore.

Perché conta

Questi risultati suggeriscono che il numero di protofilamenti non sia un dettaglio: potrebbe funzionare come un parametro di progetto, che stabilisce come il microtubulo bilancia la robustezza e la capacità di trasmettere segnali meccanici. Lo stesso mattone, disposto in modo diverso, dà un materiale diverso.

È un tassello per capire come le cellule percepiscono le forze e vi rispondono, comprese le cellule nervose, che si affidano ai microtubuli lungo i loro lunghi prolungamenti. Ed è una lezione utile per chi progetta materiali ispirati alla biologia. Il passo naturale successivo è mettere alla prova queste previsioni con esperimenti su microtubuli di cui si conosce il numero di protofilamenti.

Leggi l’articolo: Zizzi, Cannariato, Miceli, Morbiducci, Deriu, Journal of the Royal Society Interface 22(233), 20250556 (2025). doi:10.1098/rsif.2025.0556

Da leggere anche: Cannariato, Zizzi, Pallante, Miceli, Deriu, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 23(2), 569–579 (2024). doi:10.1007/s10237-023-01792-5