(Cellula-Immagine Credit Public Domain).
La maggior parte dei cuori umani ha un aspetto quasi identico: cellule muscolari negli stessi punti, strutture dei vasi sanguigni negli stessi orientamenti. Organi come il cuore o lo stomaco si assomigliano e funzionano allo stesso modo nei singoli organismi di una specie perché le cellule seguono processi rigorosi durante lo sviluppo che li portano esattamente dove devono andare.
Le celle CVM (rosse) seguono una traccia composta da cellule TVM (verdi). Le cellule TVM emettono un segnale, facendo sapere alle cellule CVM che stanno andando nella giusta direzione. Le cellule CVM si stanno avvicinando a una curva nell’embrione dove incontreranno segnali BMP (blu) elevati, che indicheranno che CVM ha bisogno di replicarsi e moltiplicarsi. La segnalazione BMP innesca anche l’espressione di un gene “velenoso”, chiamato hid, e a meno che le cellule proliferanti non si attacchino strettamente alla traccia TVM, hid le ucciderà. In questo modo, l’embrione in via di sviluppo esegue il controllo di qualità, assicurando che tutte le cellule ribelli vengano eliminate. Credito immagine: F. Macabenta
Il processo di sviluppo prevede innumerevoli passaggi che devono avvenire nell’ordine e nella moda esatti. Lo studio di questi intricati passaggi è al centro del laboratorio di Angela Stathopoulos del Caltech, Peof.ssa di biologia. Il laboratorio utilizza i moscerini della frutta, che hanno un ciclo di sviluppo di 24 ore con cambiamenti significativi osservabili quasi ogni minuto, come sistema modello.
Un nuovo documento del laboratorio di Stathopoulos esamina le cellule del mesoderma viscerale caudale (CVM), che alla fine diventeranno fibre muscolari nell’intestino del moscerino della frutta. Queste cellule migrano dalla parte posteriore dell’embrione in via di sviluppo alla parte anteriore in sei ore, la distanza di migrazione più lunga in tutta l’embriogenesi del moscerino della frutta.
La nuova ricerca identifica i meccanismi che assicurano che qualsiasi cellula ribelle e vagante si autodistrugga attraverso una forma specifica di morte cellulare chiamata anoikis. È interessante notare che la resistenza all’anoikis è un precursore di molti tumori metastatici. Comprendere i percorsi che guidano l’anoikis sano può in definitiva fornire informazioni su come metastatizzano i tumori e perché invadono alcune parti del corpo.
“La morte cellulare è una parte normale e sana dello sviluppo”, afferma Stathopoulos. “La cellula migrante deve costantemente prendere decisioni e capire se si trova nel posto giusto nel corpo. Se non è nel posto giusto, deve autodistruggersi. Ora abbiamo determinato i percorsi attraverso i quali la cellula può farlo”.
Il documento appare online sulla rivista Developmental Cell. Frank Macabenta, ricercatore post-dottorato senior associato in biologia e ingegneria biologica al Caltech, è il primo autore dello studio.
Le cellule CVM non fanno il loro lungo viaggio attraverso l’embrione del moscerino della frutta da sole. Queste da 40 a 50 cellule seguono una sorta di traccia composta da un diverso tipo di cellula chiamato mesoderma viscerale del tronco (TVM). Le cellule TVM emettono un segnale chimico chiamato fattore di crescita dei fibroblasti (FGF), che consente a una cellula CVM di sapere che si trova nel posto giusto.
A metà della loro migrazione, le cellule CVM devono navigare intorno a una curva stretta nell’embrione, approssimativamente a forma di U. A questo punto, le cellule CVM iniziano a proliferare in attesa di essere presto alla fine del loro viaggio, quando sarà il momento di iniziare a costruire muscoli. Il problema è che quando le cellule iniziano a moltiplicarsi, alcune iniziano a spostarsi fuori dalla traccia TVM. I ricercatori hanno precedentemente osservato che questo è il punto in cui queste cellule perse subiranno anoikis e si autodistruggono.
Un gene chiamato hid (abbreviazione di involuzione della testa difettosa) è responsabile dell’anoikis. Quando hid è espresso in una cellula, la cellula morirà. Nel nuovo lavoro, Macabenta ha scoperto che le cellule CVM iniziano a esprimersi nascoste mentre girano intorno alla curva nell’embrione, ma non muoiono, a meno che non cadano fuori dalla traccia TVM.
Le cellule CVM (bianche) migrano attorno a una curva nell’embrione. Quando fanno questo turno, iniziano a proliferare e moltiplicarsi. Credito immagine: F. Macabenta
Il team ha scoperto che ciò è possibile grazie ai segnali FGF, che fungono da antidoto per nascondersi: se una cellula cade fuori dalla pista e quindi smette di ricevere segnali FGF, morirà. In questo modo, l’embrione può garantire che tutte le cellule ribelli si autodistruggano, mentre le cellule che funzionano correttamente vengono risparmiate.
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Infine, il team ha anche scoperto che un particolare percorso, chiamato percorso della proteina morfogenetica ossea (BMP), controlla i tempi in cui le cellule iniziano a proliferare. La segnalazione BMP inizia proprio mentre le cellule attraversano la curva a forma di U, all’incirca a metà della loro migrazione. È questo segnale che consente alle cellule di dividersi e crescere di numero.
Le cellule hanno un “orologio” interno, noto come ciclo cellulare, che controlla i tempi di crescita, replicazione del DNA e divisione cellulare (mitosi). La segnalazione BMP è necessaria per consentire al ciclo cellulare di avanzare attraverso la mitosi ed è quindi anche necessaria per cronometrare l’espressione precisa di hid, poiché le cellule che non riescono a dividersi non sono in grado di esprimere prontamente hid per eliminare le cellule perse.
È fondamentale che le cellule possano avere questi meccanismi di controllo della qualità programmati perché le cellule ribelli possono essere dannose per il corretto sviluppo del resto dell’organismo.
Scritto da Lori Dajose
Fonte: Caltech
