Energia e scorie

I mitocondri sono le centrali elettriche delle cellule che producono l’energia necessaria per la vita. Se a casa misuriamo l’energia in kilowatt/ora, le cellule la misurano in ATP. Miliardi di anni fa, i mitocondri erano cellule indipendenti che avevano fatto un’invenzione rivoluzionaria: usare l’ossigeno per produrre tantissimi ATP smontando i grassi. Le cellule procariote non erano molto brave a produrre energia, ma degli ATP in più gli avrebbero fatto comodo. Proposero così una collaborazione ai mitocondri da cui nacquero le cellule eucariote che ancora oggi compongono il nostro corpo.

Visto che si basa sull’ossigeno, il processo usato dai mitocondri per produrre energia si chiama respirazione cellulare. Come tutti i processi industriali, anche la respirazione cellulare produce scorie: i radicali liberi! I radicali liberi (in inglese: ROS, Reactive Oxygen Species) distruggono le membrane di cellule ed organelli e vanno perciò tenuti a bada. 

I mitocondri si sacrificano beccandosi tutti i ROS fino a che ad un certo punto si rompono. Il danno può facilmente espandersi in tutta la cellula. Se la cellula muore, si può scatenare una reazione a catena in cui tutte le cellule vicine muoiono a loro volta, innescando così un’infiammazione nel tessuto.

Per evitare questo scenario apocalittico, i mitocondri danneggiati vengono circondati da una bolla che si occupa di smontarli in modo da contenere il danno e allo stesso tempo riciclare i pezzi. Tale sistema, l’autofagia, fino ad oggi era l’unico metodo di soccorso conosciuto.

Gli Scienziatimatti di oggi hanno scoperto un nuovo meccanismo di protezione dai mitocondri danneggiati: le cellule capaci di spostarsi (per esempio le cellule delle metastasi o le cellule del nostro sistema immunitario) lasciano sul loro percorso delle bolle, delle vescicole, con all’interno dei mitocondri difettosi! 

Le vescicole sono state chiamate migrasomi perché si formano solo quando le cellule migrano da un posto all’altro. 

Delle cellule che hanno ricevuto il farmaco CCCP che danneggia i mitocondri, producono un sacco di migrasomi (le bolle celesti) riempiti di mitocondri ( in giallo) (da Jiao et al. 2021).

A supporto dell’ipotesi che i migrasomi proteggono le cellule dai mitocondri rotti, il numero di mitocondri dentro i migrasomi aumentava a dismisura quando le cellule ricevevano un composto che danneggiava i mitocondri! 

Come fanno le cellule a fare un triage degli organelli per spedire nelle vescicole solo ciò che è irrimediabilmente danneggiato? I mitocondri sono attaccati a dei binari (i microtubuli). Il motore “dineina” li tira verso l’interno della cellula, mentre la kinesina li tira verso l’esterno, come se fosse un tiro alla fine. Quando i mitocondri sono danneggiati, vince la kinesina ed i mitocondri vengono portati all’esterno. 

Eliminando la dineina (DYNLL1), la kinesina vince il tiro alla fune ed i mitocondri vengono portati verso la periferia della cellula. A quel punto sarà più facile inglobarli nei migrasomi.
Se si elimina anche la kinesina (KIF5B), non c’è più nessuna forza che spinge i mitocondri nelle bolle ed i migrasomi restano vuoti  (da Jiao et al. 2021).

I migrasomi si formano grazie ad una proteina chiamata tetraspannina 4. Aumentando la quantità di tetraspannina 4 o eliminando la dineina si può aumentare il numero di migrasomi e far guarire più in fretta le cellule da un danno ai mitocondri.

Cellule controllo, cellule con più tetraspannina 4 e cellule con meno dineina (quindi più migrasomi) hanno ricevuto il composto che danneggia i mitocondri (CCCP). Il composto è poi stato tolto e la capacità dei mitocondri di produrre energia è stata misurata dopo 1 ora e dopo 10 ore per vedere se le cellule riuscivano a riprendersi dal danno. Le cellule con più migrasomi si riprendono meglio dal danno! Gli asterischi ci dicono che le differenze tra le colonne non sono effetto del caso, ma sono differenze facilmente riproducibili da altri osservatori (da Jiao et al. 2021).

Le nostre cellule immunitarie devono muoversi ovunque per proteggerci da eventuali minacce. Possibile che le cellule immunitarie facciano particolarmente affidamento sui migrasomi per disfarsi dei mitocondri rotti? Gli Scienziatimatti hanno visto che i neutrofili in giro per i vasi sanguigni rilasciano un sacco di vescicole che potrebbero essere migrasomi!

In rosso vediamo un neutrofilo, una cellula del sistema immunitario, che si sta spostando in un vaso sanguigno (in bianco) di un topo. Man mano che la cellula avanza, lascia dietro di sé delle bolle che potrebbero essere migrasomi! (Da Jiao et al. 2021).

E se le cellule metastatiche usassero lo stesso sistema per sopravvivere al viaggio dal tumore alla metastasi? I mitocondri espulsi nei migrasomi potrebbero essere “recuperati” da altre cellule (magari tumorali) per essere usati come carburante? Queste ed altre domande aspettano degli Scienziatimatti avventurosi come i protagonisti di oggi!

Riassunto visuale dell’articolo: quando un mitocondrio si danneggia, la cellula può: smontare il mitocondrio tramite autofagia, espellere il mitocondrio danneggiato nei migrasomi (mitocitosi), oppure andare incontro alla morte cellulare (apoptosi). L’immagine è stata fatta con l’aiuto di BioRender.


Qui il link alla ricerca originale: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.027

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

7 pensieri su “Energia e scorie

    1. In effetti ho saltato un po’ di passaggi 🙂
      I mitocondri sono organelli speciali per via del loro passato di cellule indipendenti. Quando si rompono e versano il loro contenuto nel citoplasma della cellula, rilasciano delle sostanze che vengono riconosciute come estranee e che avranno quindi un effetto “tossico”. Per esempio il DNA libero nel citoplasma è per la cellula un campanello d’allarme contro le infezioni che fa partire un segnale di infiammazione che potrà anche propagarsi alle cellule vicine se non controllato. Un’altra sostanza rilasciata è il citocromo c, una proteina necessaria per la respirazione cellulare che in genere è nascosta dentro i mitocondri. Se il citocromo c viene trovato fuori da una cellula, parte l’infiammazione. Per evitare che la proteina esca dalla cellula e vada a scatenare un’infiammazione, le cellule che trovano del citocromo c in giro nel citoplasma vanno in apoptosi, cioè si suicidano, ma in maniera controllata: iniziano a fare delle bolle riempite di tutto ciò che non deve essere lasciato libero e piano piano si esauriscono. Le bolle verranno poi recuperate e smaltite dai macrofagi. Tuttavia c’è sempre un problema di quantità: se ci sono troppi mitocondri danneggiati, finisce che un po’ di citocromo c scappa fuori e fa partire l’infiammazione.
      Quindi tutti i sistemi tampone che aumentano la resistenza della cellula ai danni mitocondriali automaticamente riducono anche l’infiammazione… il ché è bene per le cellule sane, ma diventa una cosa negativa per noi nei tumori (maledetti tumori!)

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    1. Wow, bello! Deve essere la settimana delle ricerche sul cervello: su Nature sono usciti ben 17 studi sulla mappatura del cervello, primo passo di un grosso studio che potrebbe farci capire come i vari tipi di cellule dei sistema nervoso interagiscono tra loro anche in contesti patologici!

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