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@ -33,31 +33,62 @@ modificata e modulata dalle sollecitazioni meccaniche esterne, |
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permettendo alle giunzioni di comportarsi come \emph{trasduttori} |
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di segnali meccanici. |
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Per osservare e descrivere quantitativamente questi effetti di |
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\emph{meccano-trasduzione} una strada molto promettente è |
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rappresentata dalla manipolazione in vitro di singole molecole |
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utilizzando pinzette ottiche. |
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Diversi metodi sono stati proposti e realizzati sperimentalmente |
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per osservare l'attività di meccano-trasduzione nei sistemi |
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biologici \cite{??}, sfruttando tecniche sia \textit{in vivo} che |
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\textit{in vitro}, osservando sia gli effetti macroscopici che |
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le interazioni tra singole molecole. |
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Nonostante ciò, per quanto riguarda le giunzioni cellulari, siamo |
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ancora lontani da una descrizione soddisfacente, sia da un punto |
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di vista qualitativo che quantitativo, dei meccanismi e delle |
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interazioni coinvolte. |
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Raggiungere una migliore comprensione riguardo al ruolo e al |
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funzionamento della meccano-trasduzione nelle giunzioni cellulari |
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rappresenta un terreno fertile e un forte stimolo per la ricerca |
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di base interdisciplinare, spingendo scienziati con formazioni diverse |
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ad unire le loro competenze e sviluppare tecniche complementari, in |
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modo da acquisire una visione sempre più globale su fenomeni |
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estremamente complessi, che coinvolgono simultaneamente processi |
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meccanici, termodinamici e biochimici. |
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Lo scopo di questo lavoro di tesi è, sviluppare, in gran parte |
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\textit{ex-novo}, un apparato sperimentale per lo studio della |
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meccano-trasduzione in contesti complessi come quello delle giunzioni |
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cellulari, basato sulla manipolazione ottica di due proteine interagenti |
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e il \textit{tracking} simultaneo, tramite microscopia di fluorescenza, |
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di altre singole biomolecole nei pressi del sito di interazione. |
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La manipolazione tramite pinzette ottiche rappresenta infatti una |
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strada molto promettente per lo studio, anche quantitativo, di |
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effetti meccano-biologici, grazie alla possibilità di ottenere una |
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precisione di posizionamento nanometrica e di applicare alle molecole |
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un ampio intervallo di forze nell'ordine dei piconewton e dei |
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femtonewton. |
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Le pinzette ottiche permettono di sondare il comportamento di |
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complessi proteici sottoponendo le singole molecole a stimoli |
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complessi proteici sottoponendo due molecole interagenti a stress |
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meccanici controllati e andando ad osservare come la dinamica delle |
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interazioni dipenda dalle forze esterne. |
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La teoria alla base del loro funzionamento è |
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introdotta nella sezione \ref{sec:ot}. |
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Per indagare la dinamica delle interazioni tra due macromolecole |
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(proteine ad esempio) soggette a stimoli meccanici è possibile |
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eseguire esperimenti di \emph{spettroscopia di forza}, in cui si va |
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ad osservare il comportamento delle molecole applicandovi forze |
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di trazione o torsione dall'esterno. |
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La spettroscopia di forza può essere realizzata sperimentalmente |
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con diverse tecniche, tra le quali la microscopia a forza atomica e |
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le pinzette ottiche. |
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Quando la dinamica delle interazioni studiate cambia molto |
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rapidamente, come nel caso di affinità deboli o rapidi cambiamenti |
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conformazionali, è necessario sviluppare metodi che abbiano tempi |
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di risposta molto brevi, sotto il millisecondo. |
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Questo tipo di esperimenti si riconduce alle \emph{spettroscopie di forza}, |
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che in generale vengono realizzate utilizzando diverse tecniche, come |
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la microscopia a forza atomica, le onde acustiche o le pinzette ottiche. |
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I brevissimi tempi di risposta ottenibili utilizzando queste ultime, inferiori |
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al millisecondo, hanno fatto si che le pinzette ottiche fossero applicate |
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con successo allo studio di sistemi interagenti con affinità molto deboli |
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o rapide modifiche conformazionali, come i motori molecolari \cite{??}. |
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L'apparato sperimentale descritto in questo lavoro consiste sostanzialmente |
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in una ricostruzione di quello utilizzato in \cite{??} per lo studio dei motori |
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molecolari per quanto riguarda la componente di spettroscopia di forza, integrato |
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con un sistema di microscopia di fluorescenza che consenta di osservare |
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simultaneamente la dinamica di singole molecole opp |
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Un sistema con queste caratteristiche è stato sviluppato in \cite{}, |
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utilizzando due pinzette ottiche la cui posizione può essere |
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