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Modelli dinamici della fosforilazione nel signaling dell'insulina.

Informazioni tesi

  Autore: Ronnye Pajaro
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2011-12
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria biomedica
  Relatore: Gianna Maria Toffolo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 81

La rete di signaling dell’insulina, localizzata all’interno della cellula, è costituita da molecole biologiche, tipicamente di natura proteica, che interagiscono tra loro attraverso meccanismi più o meno complessi, come ad esempio meccanismi di feed-forward o di feed-back. La reazione chimica fondamentale che interessa le proteine di questa rete è la fosforilazione, che consiste nell’aggiunta di un gruppo fosfato a un residuo amminoacidico della catena polipeptidica. Per la maggior parte delle proteine, la fosforilazione della catena ne determina l’attivazione, ossia la trasforma in una chinasi, cioè in un enzima in grado di favorire, a sua volta, la fosforilazione di un’altra proteina. Nella minoranza dei casi, invece, la fosforilazione agisce in maniera opposta, ossia determina l’inattivazione della proteina. La rete di signaling dell’insulina è coinvolta in eventi biologici fondamentali, quali la sintesi proteica, la proliferazione e la differenziazione cellulare, l’utilizzazione del glucosio e la sintesi del glicogeno. L’insulina è un ormone presente all’esterno della cellula e il segnale da essa trasportato è trasferito all’interno attraverso il corrispondente recettore di membrana (IR).
Il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di realizzare dei modelli matematici dei moduli di signaling che compongono la rete in questione, dove per modulo di signaling s’intende un sotto-sistema elementare della rete, costituito da una certa proteina, oggetto della fosforilazione, e dalla corrispondente proteina che agisce da controllore. I dati di riferimento sono stati acquisiti presso la Mayo Clinic (Progetto CARIPARO) su culture cellulari di mioblasti umani di muscolo scheletrico, alle quali sono stati applicati differenti stimoli (insulina, leucina e leucina+insulina) al fine di poter valutare l’azione dell’insulina in condizioni normali e in condizioni di insulino resistenza. Le misure sono state ottenute sfruttando la tecnica western blot e rappresentano quindi un’intensità che risulta proporzionale alla quantita` (massa in [µg]) di proteina. I modelli scelti per discrevere i singoli moduli sono dei modelli compartimentali, dai quali, mediante opportuni passaggi matematici, viene derivata l’equazione differenziale ingresso/uscita. I parametri univocamente identificabili a priori di tale equazione vengono quindi opportunamente identificati sfruttando il metodo dei minimi quadrati (non lineari) pesati attraverso un metodo sistematico di ricerca del minimo assoluto della funzione costo. L’obiettivo futuro sara` quello di assemblare la rete globale a partire dai singoli moduli.

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7 INTRODUZIONE L’insulina è un ormone essenziale per una normale crescita, un normale sviluppo e una normale omeostasi del metabolismo del glucosio, dei grassi e delle proteine. In particolare, l’omeostasi del glucosio dipende dal bilancio tra la produzione del glucosio epatico e l’utilizzazione del glucosio da parte dei maggiori tessuti insulino-dipendenti, come il fegato, il tessuto muscolare e il tessuto adiposo, e da parte dei tessuti insulino-indipendenti, come il cervello e i reni. Questo bilancio è strettamente regolato dall’insulina e dagli altri ormoni pancreatici, come ad esempio il glucagone. Perciò, in individui normali, la risposta ad un incremento dei livelli di glucosio plasmatico consiste in un incremento della secrezione di insulina dalle β- cellule delle isole pancreatiche. L’incremento conseguente dei livelli di insulina in circolo stimola l’assorbimento di glucosio da parte dei tessuti periferici e inibisce la gluconeogenesi epatica. Figura 0.1. Andamento della concentrazione giornaliera del glucosio e dell’insulina nel sangue. Il diagramma idealizzato mostra le fluttazioni del glucosio e dell’insulina plasmatici nell’uomo durante il corso di una giornata contenente 3 pasti. In aggiunta, viene evidenziato l’effetto di un pranzo ricco di zucchero contro quello di un pasto ricco di amido.

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Parole chiave

modelli dinamici
fosforilazione
signaling dell'insulina

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