Nuovi dettagli su ciò che accade quando un processo cellulare chiave è compromesso e causa infiammazione intestinale, sono stati scoperti da un’analisi ad ampio spettro.
Le cellule di Paneth si trovano nella parte inferiore delle cripte nel rivestimento dell’intestino. Aiutano a difendersi dai microbi patogeni, oltre a proteggere l’integrità del rivestimento dell’intestino. Riescono a svolgere queste funzioni perchè sono in grado di secernere fattori antimicrobici e altre molecole che assicurano un microbioma intestinale bilanciato e cellule staminali funzionanti che rigenerano il rivestimento intestinale. Dato il loro ruolo vitale, non sorprende che le anomalie nelle cellule di Paneth siano associate a condizioni intestinali come il morbo di Crohn.
Sintomi simili si osservano quando un processo cellulare chiamato autofagia è disfunzionale. Le cellule usano l’autofagia per rimuovere le proteine difettose e potenzialmente dannose all’interno di se stesse circondando l’oggetto incriminato in una “borsa” di membrana che viene quindi etichettata per la distruzione. Le cellule di Paneth usano anche questo meccanismo per raccogliere le molecole antimicrobiche per l’esportazione dalla cellula, in risposta all’attacco di microbi patogeni.
Questo nuovo studio mirava a colmare una lacuna nella nostra comprensione degli effetti della compromissione autofagica sulle cellule di Paneth, ed è stato guidato dal Dott. Tamas Korcsmaros, ricercatore presso il Quadram Institute e l’Earlham Institute.
Tamas ha riunito un team interdisciplinare di tutto il Norwich Research Park per esplorare i cambiamenti molecolari osservati quando l’autofagia nelle cellule di Paneth è bloccata e anche quali effetti più ampi potrebbero avere questi cambiamenti. Ciò ha comportato l’integrazione di una serie di diversi set di dati e l’utilizzo dell’analisi di rete e della biologia computazionale per interpretare il modo in cui tali cambiamenti influiscono su diverse funzioni all’interno delle cellule.
Usando cellule di topi, i ricercatori hanno coltivato colture di organoidi in laboratorio. Gli organoidi sono raccolte tridimensionali di cellule che crescono e si organizzano in cripte, come farebbero nel rivestimento dell’intestino. In alcuni di questi, un gene centrale necessario per l’autofagia è stato eliminato. Il team ha potuto quindi, per la prima volta, elaborare i meccanismi molecolari e i processi cellulari affetti da autofagia compromessa nelle cellule di Paneth.
Vedi anche, Il ruolo dei batteriofagi nella malattia infiammatoria intestinale.
In primo luogo, il team ha misurato i livelli di tutte le diverse proteine prodotte dalle cellule e ha identificato quelle proteine che sono cambiate in abbondanza a seconda che il gene dell’autofagia fosse funzionale.
Ha identificato oltre 280 proteine che riflettono l’importanza centrale dell’autofagia. Per scoprire quali funzioni cellulari sono compromesse quando l’autofagia non funziona, i ricercatori si sono rivolti alla scienza della rete e dei sistemi computazionali.
La letteratura scientifica contiene molti dati sul modo in cui le singole proteine interagiscono, le loro vie di segnalazione e le loro singole funzioni. All’interno della cellula, tutti questi processi avvengono contemporaneamente, come parte di complesse reti di segnali e istruzioni che mantengono la cellula e le consentono di svolgere il suo lavoro. I ricercatori hanno integrato un certo numero di reti diverse e utilizzato i dati sperimentali per collegare le proteine con abbondante alterazione alle loro funzioni all’interno di queste reti. Questo percorso ha portato alla identificazione di almeno 18 funzioni cellulari che sono affette da autofagia. Alcuni di queste erano già note, convalidando l’approccio, ma altre erano precedentemente sconosciute. L’apoptosi, che consente alle cellule danneggiate di uccidersi, sembra essere down-regolata nelle cellule Paneth autofagate. Poiché l’apoptosi down-regolata potrebbe mantenere in vita cellule danneggiate, questo potrebbe spiegare i meccanismi chiave dietro cui si sviluppano le malattie infiammatorie croniche, come il morbo di Crohn, quindi questa potrebbe essere un’area interessante per ulteriori studi. Il sistema che le cellule di Paneth usano per rilasciare composti antimicrobici, l’esocitosi, è anche sottoregolata, il che influenzerebbe il meccanismo di difesa contro l’invasione microbica.
“Per capire le cause di condizioni complesse come l’infiammazione intestinale, abbiamo bisogno di sfruttare la potenza dell’analisi di rete in questo modo per integrare tutte le informazioni disponibili”, ha detto il Dott. Korcsmaros. “L’uso dell’ organoide intestinale e l’analisi multi-omica è un eccitante nuovo modo per capire i sistemi viventi. Speriamo che questo studio aiuti a gettare nuova luce su ciò che scatena condizioni come il morbo di Crohn, così che possiamo trovare nuovi modi per prevenire o trattare queste condizioni “.
