Una spremuta di cellule

Cosa succede se spremiamo delle cellule tumorali? Questa la strana domanda che si sono posti gli Scienziatimatti di oggi (tra cui chi scrive queste righe!!). 

In realtà sono molte le cellule nel nostro corpo che vengono spremute. Quando il cuore batte, le cellule che lo compongono vengono strizzate e stiracchiate. E gli asmatici conoscono bene i broncospasmi, che altro non sono che momenti in cui le cellule delle vie respiratorie vengono pressate, riducendo il passaggio d’aria.

Trovarsi dentro ad una pressa non deve essere piacevole: le cellule potrebbero anche scoppiare come palloncini!

Ma anni ed anni di evoluzione hanno fatto sì che le nostre cellule fossero preparate anche per questa evenienza! 

Rappresentazione delle cellule dell’apparato respiratorio a riposo o compresse.

Una compressione delle cellule del sistema respiratorio (un attacco di asma) fa accendere le metalloproteasi, dei decespugliatori che iniziano a tagliare le proteine all’esterno delle cellule. HB-EGF, una proteina legata alle cellule, viene dunque liberata e si scatena. Attiva così la sua antenna preferita, il recettore EGF (EGFR – EGF receptor), il quale a sua volta fa partire ERK, il messaggero che spiegherà alla cellula come sopravvivere alla spremitura.

In genere, quando un recettore come EGFR si accende, in automatico si innesca anche il meccanismo di spegnimento, detto endocitosi: il recettore verrà portato dentro la cellula tramite una bolla che si forma piegando la membrana cellulare e, una volta all’interno, verrà spento.

Schema dell’endocitosi di un recettore.

Certo, piegare la membrana di un palloncino già teso all’inverosimile deve essere dura! Possibile che spremendo le cellule si blocchi l’endocitosi? Se fosse vero, non solo comprimere le cellule attiverebbe EGFR, ma impedirebbe anche di spegnerlo, aumentando a dismisura i segnali ERK! 

Ed è proprio così! L’endocitosi nelle cellule compresse è quasi del tutto bloccata!

I puntini bianchi sono le “bolle di endocitosi”. Quando si staccano dalla membrana plasmatica ed entrano dentro la cellula, scompaiono dal video, segno che l’endocitosi è attiva. Vediamo che nel video a sinistra ci sono tanti puntini che appaiono e scompaiono, come è normale che sia. Quando invece spremiamo la cellula (video di destra) non troviamo più puntini che scompaiono, segno che l’endocitosi si è bloccata.

Nelle cellule del sistema respiratorio questo non è un grosso problema perché in genere la compressione scompare nel giro di poco tempo. 

Ma esiste un’altra situazione particolare in cui le cellule sono pressate: i tumori

Molti tumori formano delle masse che crescono fino ad occupare tutto lo spazio che c’è e poi… continuano a crescere, auto-spremendosi. In questo caso lo stress resta più a lungo e l’endocitosi non riparte. EGFR rimane dunque acceso per tantissimo tempo e la cosa piace un sacco ai tumori che crescono grazie al segnale ERK. 

Una tecnica chiamata western-blot ci permette di vedere quanta proteina c’è dentro le cellule. Le proteine sono le bande nere che vediamo. Più la banda è nera, più proteina c’è. Vediamo che la compressione attiva ERK in tanti tipi diversi di cellule tumorali (da Baschieri et al. 2020).

E se si impedisse l’attivazione di EGFR? Un farmaco che blocca le metalloproteasi può impedire che l’attivatore HB-EGF venga liberato ed i ricercatori hanno visto che questo farmaco riduce il segnale ERK nelle cellule sotto pressione! 

I puntini verdi sono le strutture che fanno l’endocitosi, mentre in magenta (ad anche in bianco e nero a destra, che si vede meglio) vediamo EGFR. Le cellule vengono pressate all’inizio del video e cominciano a fare bolle da tutte le parti (come il palloncino nella pressa nel video all’inizio del post). Nel video in alto (controllo) vediamo che EGFR si accumula nelle strutture di endocitosi, segno che si sta attivando. La cellula in basso ha ricevuto il farmaco che blocca le metalloproteasi (Batimastat) ed infatti EGFR non si attiva e non si accumula nelle strutture di endocitosi (da Baschieri et al. 2020).

Purtroppo, nell’ambiente in cui crescono i tumori non c’è solo HB-EGF, ma ci sono anche tantissime altre proteine segnale, ognuna capace di attivare una miriade di recettori diversi, che a loro volta possono far accendere ERK. 

Visto che quasi tutti i recettori vengono spenti con l’endocitosi, e considerato che nei tumori compressi l’endocitosi è bloccata, potrebbe essere che tutti i recettori diventino più potenti sotto pressione. Gli scienziatimatti hanno scoperto che in effetti molti altri recettori funzionavano di più sotto pressione.

Nella colonna di sinistra vediamo le strutture di endocitosi, mentre nella colonna di destra ci sono due recettori, HGFR in alto, ed il recettore per l’angiotensina (AT1R) in basso. Vediamo la stessa cellula prima e dopo la spremitura e notiamo che dopo la spremitura i recettori sono accumulati nelle strutture di endocitosi (segno che sono stati attivati). I grafici a destra ci dicono quanto recettore è presente dentro le strutture di endocitosi. Più il punto è in alto, più recettore c’è dentro le strutture di endocitosi. Ogni punto sul grafico rappresenta una struttura singola di endocitosi. Attraverso questa quantificazione vediamo che i recettori si accumulano nelle strutture di endocitosi quando le cellule vengono compresse. Gli asterischi sui grafici ci dicono che le cellule compresse sono statisticamente diverse dalle cellule controllo (da Baschieri et al. 2020).

Quindi non basta bloccare EGFR per fermare il tumore, ma bisogna capire quali altri recettori approfittano dell’endocitosi rallentata per restare a fare baldoria più a lungo in modo da andare a spegnere anche quelli! 

I tumori sono ingegnosi, ma gli scienziatimatti non demordono!


Qui il link alla ricerca originale: https://jcs.biologists.org/content/133/17/jcs239681

E qui, per i temerari, un riassunto dell’articolo in inglese: https://jcs.biologists.org/content/133/17/e1701

Oh noo! L’articolo è a pagamento! sci-hub potrebbe salvarci, ma è illegale!(?) 🙂

5 pensieri su “Una spremuta di cellule

    1. Non so se si possa ascrivere l’aggressività di un tumore ad una sola proteina. Probabilmente i tumori più aggressivi sono quelli scoperti più tardi ed un tumore al seno scoperto tardi può essere anche più aggressivo di uno al fegato.
      In ogni caso ERK è sicuramente molto importante per i tumori e si stima che la cascata di segnale che porta ad attivare ERK sia modificata in più del 50% dei tumori.
      Così a naso direi che è più importante l’attivazione della proteina che non i suoi livelli totali, però non credo che la domanda sia mai stata studiata. Per curiosità quindi sono andato su cbioportal.org – un sito che raggruppa tutti gli studi sui tumori e che aiuta i non bioinformatici a navigare in questa giungla di dati – ed ho cercato ERK (MAPK3 e MAPK1 sono i nomi standard, che nessuno usa, tranne i database) ed HB-EGF con la nuova quick search che dà una panoramica di cosa succede alla proteina in tutti i tipi di tumori.

      Né ERK né HB-EGF sono particolarmente amplificati o mutati in nessun tipo di tumore. Ma questi database si basano sull’RNA dei tumori e non c’è una corrispondenza perfetta tra RNA e proteine, quindi la risposta è solo parziale. E purtroppo non si possono avere risposte sui livelli di attivazione delle proteine, visto che questa informazione non è contenuta nell’RNA.

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      1. Naturalmente – ho omesso di precisarlo – intendevo a parità di condizioni, fra le quali il momento della scoperta del tumore è sicuramente la più importante. Scoperto tardi anche un cancro all’utero o alla cervice, che sono tra i più “favorevoli” può diventare mortale, mentre per il fegato, a quanto ne so, tranne il trapianto non sembrano esserci vie di salvezza.

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      2. Si, di sicuro il tumore al fegato è statisticamente più mortale del tumore al seno. E purtroppo le poche opzioni per combatterlo sono radio e chirurgia. Ma la meccanobiologia potrebbe essere decisiva proprio per questa malattia: più il tumore epatico cresce, più le sue cellule si comprimono. Poi il tumore rende il fegato estremamente più duro dell’organo sano e studi in vitro ci dicono che ridurre la rigidità intorno alle cellule può far scomparire l’aggressività delle cellule tumorali. Questi due effetti si osservano in tantissimi tumori, ma nel fegato sono molto accentuati.

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      3. Mi sono sempre chiesta: dato che del fegato, se non sbaglio, si possono asportare parti anche consistenti senza incidere eccessivamente sul suo funzionamento – a differenza di stomaco e intestino, per esempio – come mai ha un tasso di sopravvivenza così basso?

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