Según un modelo teórico desarrollado por físicos de LMU, en protuberancias celulares, Las proteínas motoras transportadoras de carga a menudo se interponen entre sí. El resultado es que las proteínas que se difunden libremente alcanzan el borde de ataque más rápido.

Hora de verano, se acabó la escuela, y los turistas se amontonan en sus autos y se dirigen directamente a la carretera más cercana. El aumento del volumen de tráfico en las autopistas en esos momentos da lugar regularmente a una gran cantidad de atascos y condiciones de marcha lenta. Las simulaciones matemáticas del transporte de carga en protuberancias celulares localizadas por proteínas motoras sugieren que ocurre un fenómeno muy similar en las células vivas. En un nuevo artículo que aparece en la revista Cartas de revisión física , El profesor Erwin Frey e Isabella Graf de LMU describen el desarrollo de un modelo teórico, lo que indica que la forma más eficaz para que las proteínas alcancen su destino en una protuberancia estrecha es difundirse la mayor parte del camino y "subirse al autobús" (es decir, unirse a una proteína motora) a poca distancia de su objetivo.

Las células producen protuberancias delgadas en forma de púas llamadas filopodios o microvellosidades al reclutar subunidades para polimerizar filamentos de actina en regiones localizadas inmediatamente debajo de la membrana plasmática. Los filamentos en crecimiento interactúan con las proteínas de reticulación para formar haces rígidos que empujan la membrana celular hacia afuera y estabilizan la proyección que se extiende. Tales protuberancias están involucradas en la migración celular, procesos de cicatrización de heridas o de señalización intercelular, y forman "bordes en cepillo" característicos en las superficies apicales del epitelio intestinal. Dependiendo de las funciones de estas proyecciones, las proteínas específicas deben llevarse a sus puntas. Este proceso se puede lograr mediante difusión pasiva en el citoplasma que rodea los filamentos o mediante transporte activo mediado por especialistas, proteínas motoras de unión a carga. Estos motores se adhieren y "caminan" a lo largo de las subunidades de los filamentos de actina polarizados direccionalmente, llevando su carga hacia las puntas de las protuberancias. "Uno podría asumir ingenuamente que el sistema de transporte dirigido llevaría las proteínas allí mucho más rápido que la difusión libre, "dice Isabella Graf." Pero ahora hemos utilizado un modelo matemático para simular y analizar la interacción entre el transporte activo y difusivo en las protuberancias celulares, que representan un sistema semicerrado - abierto en la base, cerrado en la punta. - Y para nuestra sorpresa, descubrimos que el transporte difuso es en realidad el modo de transporte más eficiente ".

Simulaciones basadas en el modelo, que incorpora unión dinámica y desprendimiento de proteínas motoras de, y movimiento direccional escalonado a lo largo de los filamentos, revelan que las tasas de dirigido, el transporte activo dentro de las protuberancias se reduce significativamente por el impedimento estérico entre las proteínas motoras de los filamentos. Dado que no pueden saltar sobre los que están delante de ellos ni ocupar el mismo espacio, surgen correlaciones entre ellos, de modo que ya no se comporten de forma independiente. El resultado de este comportamiento correlacionado es la congestión del tráfico, como la que se ve en una autopista muy transitada, y el avance hacia la punta se ralentiza drásticamente.

El modelo matemático desarrollado por los autores tiene en cuenta tanto la densidad de las proteínas motoras como su interferencia mutua, y refleja con precisión la dinámica de transporte a lo largo de los filamentos de actina. Según los resultados de sus simulaciones, los autores concluyen que las proteínas que toman la opción difusiva llegan a la punta más rápido, pero en realidad puede hacer uso del sistema de filamentos para el último tramo del viaje. "Siempre que el tailback no sea demasiado largo, en realidad, puede tener un efecto positivo en las proximidades de la punta, "dice Graf." Debido a que la velocidad de avance es lenta, las proteínas motoras pasan más tiempo en esta región de lo que pasarían de otra manera, y sus cargas, por lo tanto, tienen más tiempo para realizar su función ". Además, el modelo sugiere que sería biológicamente beneficioso si la tasa de desprendimiento cerca de la punta del filamento fuera más alta que en otros lugares, ya que esto reduciría la longitud del tailback, al mismo tiempo que favorece la acumulación de proteínas motoras en la punta.