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Fisiologia

Docenti: Vincenzo Lombardi, Gabriella Piazzesi, Marco Linari, Massimo Reconditi (dal 1° novembre 2015 Professore Associato presso il Dipartimento di Medicina sperimentale e clinica, ma tuttora componente del Laboratorio di Fisiologia); ricercatori: Pasquale Bianco, Marco Caremani; contrattisti: Lorenzo Bongini; dottorandi: Valentina Percario, Irene Pertici, Francesca Pinzauti; visiting scientist: Joseph Daniel Powers (assegnista di ricerca, PhD student della Washington State Univ., Seattle USA)

 

Linee di ricerca e laboratori

L’attività di ricerca si realizza in quattro laboratori. Due laboratori sono dedicati allo studio del meccanismo molecolare della contrazione muscolare con tecniche di singola cellula che usano apparecchiature optoelettroniche e meccaniche ad alta risoluzione sviluppate specificamente per il controllo dell’unità strutturale subcellulare del muscolo striato, il sarcomero, in cellule intatte e demembranate.
Un terzo laboratorio è dedicato a studi strutturali delle proteine muscolari in situ, mediante combinazione di metodi di meccanica e diffrazione a raggi X con luce di sincrotrone su fibre isolate dal muscolo scheletrico, su trabecole isolate dal muscolo cardiaco e su muscoli interi.
Il quarto laboratorio è dedicato a studi di meccanica di singola molecola con l’uso della trappola ottica a doppio laser.

 

Enti finanziatori e Progetti finanziati in atto

• MIUR-PRIN 2010R8JK2X (Cordinatore nazionale Vincenzo Lombardi) "Mechanisms of muscle cell function in health and disease"
  
• FIRB-Futuro in ricerca 2011-2014 "Correlato strutturale degli stati chimici del motore molecolare nel muscolo"
• Ente Cassa di Risparmio di Firenze 2012.0611 "Meccanica e dinamica strutturale di motori molecolari e filamenti in situ ed in vitro"; 2013 "I meccanismi della sensibilità meccanica e delle neuropatie periferiche studiati in neuroni della radice dorsale mediante Dual Laser Optical Tweezers"
• Telethon GGP12282 "Myopalladin in Dilated Cardiomyopathy and Limb Girdle Muscular Dystrophy"

 

Collaborazioni con istituzioni di ricerca

• European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble France): "Molecular mechanism of muscle contraction studied by X-ray diffraction in intact and demembranated fibres". 
• Advanced Photon Source (APS), Argonne National Laboratory (Chicago, IL, USA) e Dept. Biological, Chemical and Physical Sciences, Illinois Institute of Technology (Chicago, IL, USA): NIH Biotechnology Research Resources, "Collaborative Users" on the Biophysics Collaborative Access Team (BioCAT) per lo sviluppo delle risorse della beamline.
• Randall Institute, King's College London (UK): "Molecular mechanism of muscle contraction studied by X-ray diffraction in intact and demembranated fibres".
• Department of Biophysics and Radiation Biology, Semmelweis University (Budapest, Hungary): "Mechanisms of muscle contraction and its regulation explored at single sarcomere, single filament and single molecule levels".
• Istituto Officina dei Materiali del CNR (IOM, Trieste): "Development and fuctionalisation of nanostructured supports for motor proteins".
• Istituto di Ricerca Genetica e Biomedica (IRGB-CNR), Milano: "Myopalladin in Dilated Cardiomyopathy and Limb Girdle Muscular Dystrophy"

 

Collaborazione con strutture di ricerca dell'Ateneo

• Dipartimento di Scienze della Salute (Pierangelo Geppetti) - Sezione di Farmacologia Clinica e Oncologia: "Mechanosensory neurons studied with Dual Laser Optical Tweezers"
• Dipartimento di Medicina Sperimentale e Clinica (Corrado Poggesi e Chiara Tesi) - Sezione di Scienze Fisiologiche: "Mechanisms of muscle cell function in health and disease"; “Skeletal versus heart muscle regulation”

 

Principali pubblicazioni negli ultimi 5 anni

1. M. Caremani, F. Pinzauti, M. Reconditi, G. Piazzesi, G. Stienen, V. Lombardi (corresponding author) and M. Linari. The size and speed of the working stroke of cardiac myosin in situ. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016, in press
2. M. Linari, E. Brunello, M. Reconditi, L. Fusi, M. Caremani1, T. Narayanan, G. Piazzesi, V Lombardi (corresponding author) and Malcolm Irving.  Force generation by skeletal muscle is controlled by mechano-sensing in myosin filaments. Nature, 228, 576-579, 2015. DOI: 10,1038/nature15727
3. M. Caremani, L. Melli, M. Dolfi, V. Lombardi (corresponding author) and M. Linari. Force and number of myosin motors during muscle shortening and the coupling with the release of the ATP hydrolysis products. J Physiol. 593.15, 3313-3332, 2015. DOI:10.1113/JP270265
4. E. Brunello, M Caremani, L Melli, M Linari, M Fernandez-Martinez, T  Narayanan, M Irving, G Piazzesi, V Lombardi (corresponding author)and M. Reconditi. The contributions of filaments and cross-bridges to sarcomere compliance in skeletal muscle. J Physiol.  592.17, 3881-3899, 2014.  DOI: 10.1113/jphysiol.2014.276196
5. L. Bongini, V. Lombardi (corresponding author), P. Bianco. The transition mechanism of DNA overstretching: a microscopic view using molecular dynamics. J. R. Soc. Interface . 11: 20140399, 2014. doi.org/10.1098/rsif.2014.0399
6. G. Piazzesi, M. Dolfi, E. Brunello, L. Fusi, M. Reconditi, P. Bianco, M. Linari, V. Lombardi. The myofilament elasticity and its effect on kinetics of force generation by the myosin motor. Archives of Biochemistry and Biophysics 552-553, 108-116,  2014.
7. L. Fusi, E. Brunello, M. Reconditi, G. Piazzesi, V. Lombardi. The nonlinear elasticity of the muscle sarcomere and the compliance of myosin motors.  J Physiol. 592 (5), 1109-1118, 2014. doi:10.1113/jphysiol.2013.265983.
8. M. Reconditi, E. Brunello, L. Fusi, M. Linari, M. Fernandez Martinez, V. Lombardi, M. Irving, G. Piazzesi. Sarcomere-length dependence of myosin filament structure in skeletal muscle fibres of the frog. J Physiol. 592 (5),1119-1137, 2014. doi:10.1113/jphysiol.2013.267849.
9. Z. Mártonfalvi,  P. Bianco, M. Linari, M. Caremani, A. Nagy, V. Lombardi, M. Kellermayer. Low-force transitions in single titin molecules 6 reflect a memory of  contractile history. J Cell Sci, 127(4):858-70, 2014.
10. L. Bongini, L. Melli, V. Lombardi (corresponding author), P. Bianco. Transient kinetics measured with force steps discriminate between double-stranded DNA elongation and melting and define the reaction energetics. Nucleic Acids Research 42, 3436-3449, 2014; doi: 10.1093/nar/gkt1297
11. M. Caremani, L. Melli, M. Dolfi, V. Lombardi (corresponding author) and M. Linari - The working stroke of the myosin II motor in muscle is not tightly coupled to release of orthophosphate from its active site. J Physiol, 591, 5187- 5205, 2013. doi: 10.1113/jphysiol.2013.257410
12. S. Park-Holohan, M. Linari, M. Reconditi, L. Fusi, E. Brunello, M. Irving, M. Dolfi, V. Lombardi, T.G. West, N.A. Curtin, R.C. Woledge and Gabriella Piazzesi - Mechanics of myosin function in white muscle fibres of the dogfish Scyliorhinus canicula.  J Physiol.  590.8, 1973-1988, 2012. doi:10.1113/jphysiol.2011.217133.
13. R. Elangovan, M. Capitanio, L. Melli, F. S. Pavone, V. Lombardi (corresponding author), and G. Piazzesi - An integrated in vitro and in situ study of kinetics of myosin II from frog skeletal muscle. J. Physiol. 590.5, 1227-1242, 2012. doi:10.1113/jphysiol.2011.222984
14. P. Bianco, L. Bongini, L. Melli, M. Dolfi and V. Lombardi - Piconewton-millisecond force steps reveal the transition kinetics and mechanism of the double stranded DNA elongation. Biophys J. 101(4), 866-874, 2011 doi:10.1016/j.bpj.2011.06.039
15. M. Reconditi, E. Brunello, M. Linari, P. Bianco, T. Narayanan, P. Panine, G. Piazzesi, V. Lombardi and M. Irving -  Motion of myosin head domains during activation and force development in skeletal muscle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108 (17) 7236-7240, 2011, doi:10.1073/pnas.1018330108.