L’Assemblea Nobel al Karolinska Institutet ha deciso di assegnare il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina 2012 insieme a John B. Gurdon e Shinya Yamanaka per la scoperta che le cellule adulte possono essere riprogrammate per diventare pluripotenti.
Le loro scoperte hanno rivoluzionato la nostra comprensione di come le cellule e gli organismi si sviluppano: sorprendentemente, introducendo solo pochi geni, si possono riprogrammare le cellule mature e farle diventare cellule staminali pluripotenti, cioè cellule immature in grado di svilupparsi in tutti i tipi di cellule del corpo.
Queste scoperte innovative hanno cambiato completamente la nostra visione dello sviluppo e della specializzazione cellulare. Adesso sappiamo che la cellula matura non deve limitarsi sempre al suo stato specializzato. Con la riprogrammazione delle cellule umane, gli scienziati hanno creato nuove opportunità per studiare malattie e sviluppare metodi per la diagnosi e la terapia.
La vita – un viaggio verso una crescente specializzazione
Tutti noi ci sviluppiamo a partire da cellule uovo fecondate. Durante i primi giorni dopo il concepimento, l’embrione consiste di cellule immature, ciascuna delle quali è in grado di svilupparsi in tutti i tipi di cellule che formano l’organismo adulto. Tali cellule sono chiamate cellule staminali pluripotenti. Con ulteriore sviluppo dell’embrione, queste cellule danno origine a cellule nervose, cellule muscolari, cellule epatiche e tutti altri tipi di cellule – ognuna specializzata a svolgere un compito specifico nel corpo adulto. Questo viaggio da immatura a cellula specializzata, in precedenza era considerato unidirezionale. Si pensava che la cellula cambiava in modo tale, che durante la maturazione non sarebbe stato più possibile il ritorno allo stato di immature, di pluripotenza.
John B. Gurdon ha scoperto nel 1962, che la specializzazione delle cellule è reversibile. In un esperimento classico, ha sostituito il nucleo immaturo della cellula uovo di una rana, con il nucleo di una cellula matura intestinale. Questa cellula uovo modificata, ha sviluppato un girino normale. Il DNA della cellula matura conteneva tutte le informazioni necessarie per sviluppare tutte le celle della rana.
Shinya Yamanaka ha scoperto più di 40 anni dopo, nel 2006, come le cellule intatte adulte nei topi potevano essere riprogrammate per diventare cellule staminali immature. Sorprendentemente, introducendo solo pochi geni, si poteva riprogrammare le cellule mature a diventare cellule staminali pluripotenti, cioè cellule immature che sono in grado di svilupparsi in tutti i tipi di cellule del corpo.
Queste scoperte innovative hanno cambiato completamente la nostra visione dello sviluppo e della specializzazione cellulare.
Le rane saltano all’indietro in fase di sviluppo
John B. Gurdon ha contestato il dogma che la cellula specializzata è impegnata in modo irreversibile. Ha ipotizza che il suo genoma poteva ancora contenere tutte le informazioni necessarie per guidare il suo sviluppo in tutti i diversi tipi di cellule di un organismo. Nel 1962, ha verificato questa ipotesi, sostituendo il nucleo di cellula uovo di una rana con un nucleo da un maturo, cellula specializzata derivato dall’intestino di un girino. L’uovo si è sviluppato in un modo assolutamente funzionale, riproducendo girini clonati e dopo l’esperimento ha prodotto rane adulte. Il nucleo della cellula matura non aveva perso la sua capacità di guidare lo sviluppo di un organismo completamente funzionale.
La scoperta è stata inizialmente accolta con scetticismo, ma è stato accettato quando è stata confermata da altri scienziati. La Commissione ha avviato un’intensa attività di ricerca e la tecnica è stata ulteriormente sviluppata, portando alla fine alla clonazione dei mammiferi. La ricerca di Gurdon ci ha insegnato che un nucleo maturo di cellula specializzata può essere trasformato in immaturo, stadio di pluripotenza. L’esperimento ha coinvolto la rimozione dei nuclei cellulari con pipette, seguita dalla loro introduzione in altre cellule. Sarebbe mai possibile trasformare una cellula in una cellula staminale pluripotente?
Un viaggio andata e ritorno – le cellule mature tornare a uno stato di cellule staminali
Shinya Yamanaka era in grado di rispondere a questa domanda grazie ad una scoperta scientifica che aceca fatto più di 40 anni dopo la scoperta di Gurdon. La sua ricerca ha riguardato le cellule staminali embrionali, cioè cellule staminali pluripotenti che sono isolate dall’embrione e coltivate in laboratorio. Queste cellule staminali sono stati inizialmente isolati da topi da Martin Evans (Premio Nobel 2007) e Yamanaka ha cercato di trovare i geni che le mantenevano immature. Quando alcuni di questi geni è stato identificato, ha testato se qualcuno di loro poteva riprogrammare cellule mature a diventare cellule staminali pluripotenti.
Yamanaka ed i suoi collaboratori hanno introdotto questi geni, in diverse combinazioni, in cellule adulte del tessuto connettivo, i fibroblasti, ed hanno esaminato i risultati al microscopio. Hanno finalmente trovato una combinazione che ha funzionato, e la ricetta è sorprendentemente semplice. Con l’introduzione di quattro geni insieme, si potevano riprogrammare i propri fibroblasti, in cellule staminali immature!
Le risultanti cellule staminali pluripotenti indotte (cellule iPS) potevano in szeguito, trasformarsi in tipi di cellule mature come i fibroblasti, le cellule nervose e le cellule intestinali. La scoperta sensazionale, che cellule intatte mature potevano essere riprogrammate in cellule staminali pluripotenti, fu pubblicata nel 2006 e subito considerato un importante passo avanti nella ricerca.
La sorprendente scoperta a uso medico
Le scoperte di Gurdon e Yamanaka hanno dimostrato che le cellule specializzate può tornare indietro nel tempo. Anche se il loro genoma subisce modifiche durante lo sviluppo, tali modifiche non sono irreversibili.
Negli ultimi anni la ricerca ha dimostrato che le cellule iPS possono dare origine a tutti i tipi di cellule differenti del corpo. Queste scoperte hanno anche fornito nuovi strumenti per gli scienziati di tutto il mondo e hanno portato a notevoli progressi in molti settori della medicina. .
Per esempio, le cellule possono essere ottenute da pazienti con varie malattie, riprogrammatie ed esaminati in laboratorio per determinare come si differenziano da cellule di individui sani. Tali cellule costituiscono strumenti preziosi per la comprensione dei meccanismi della malattia e per fornire così, nuove opportunità per lo sviluppo di terapie mediche.
Sir John B. Gurdon è nato nel 1933 a Dippenhall, Regno Unito. Ha conseguito il dottorato presso l’Università di Oxford nel 1960 ed è stato borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology. Si è trasferito all’ Università di Cambridge, Regno Unito, nel 1972 e ha lavorato come professore di Biologia Cellulare e Master of Magdalene College. Gurdon è attualmente presso l’Istituto Gurdon a Cambridge.
Shinya Yamanaka è nato a Osaka, in Giappone nel 1962.Ha conseguito il MD nel 1987 presso Università di Kobe come chirurgo ortopedico,prima di passare alla ricerca di base. Yamanaka ha ricevuto il suo dottorato di ricerca presso Osaka City University nel 1993, dopo di che ha lavorato presso l’Istituto di Gladstone di San Francisco e Nara Institute of Science and Technology in Giappone.Yamanaka è attualmente professore all’Università di Kyoto e anche affiliato con l’Istituto Gladstone
