Non tutto il grasso vien per nuocere

Si avvicina il Natale e presto saremo tutti intorno a tavolate piene di prelibatezze provenienti da ogni dove. Ogni tanto affiorerà il pensiero di quanto grasso stiamo accumulando.. Ma per queste feste vogliamo fare in modo che nessuno si senta in colpa, neanche gli adipociti, le nostre cellule di grasso, ed in questo ci aiuteranno gli Scienziatimatti di oggi!

La Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta, è un organismo modello usato spesso in biologia perché molto facile da modificare geneticamente e molto veloce nel riprodursi.

I ricercatori, armati di un laser in stile Jedi, hanno creato dei taglietti su degli embrioni di Drosophila per studiare come si rimarginano le ferite. Stranamente, delle cellule giganti si avvicinavano alle ferite. Queste erano le cellule del grasso, che nella Drosophila si chiamano FBCs (Fat Body Cells) e sono l’equivalente dei nostri adipociti.

Le cellule di grasso (in verde) si muovono verso la ferita piena di scarti di cellule epiteliali (arancioni nel modello, rosse nelle immagini di microscopio). Il tempo in minuti ci dice quanto è passato da quando è stata fatta la ferita. In alto vediamo un modello; al centro delle immagini prese al microscopio (linea bianca di 20 µm). Più in basso vediamo il video delle cellule di grasso che si muovono verso la ferita, messa in evidenza da un cerchio tratteggiato che appare all’inizio del video (da Franz et al. 2018).

Non si era mai vista una cellula del grasso muoversi prima d’ora! Tra l’altro, in genere le cellule si muovono camminando su una superficie o aggrappandosi a qualcosa, ma qui le FBC erano sospese in un liquido. Meravigliosamente, i ricercatori hanno visto che le FBC sanno nuotare e si muovono per contrazioni successive, come fanno le meduse.

Cellula di grasso (FBC) che si muove per raggiungere la ferita (il cerchio tratteggiato all’inizio del video). Qui vediamo l’actina, il citoscheletro della cellula che si contrae in maniera organizzata (simile ad un’onda) per far muovere la cellula. A sinistra vediamo tutta la cellula, mentre a destra vediamo solo una sezione centrale (da Franz et al. 2018).

Ma perché le cellule di grasso dovrebbero andare verso una ferita? 

Viste le dimensioni enormi delle FBC, gli Scienziatimatti hanno ipotizzato che potessero svolgere una funzione di tappo per impedire a batteri e altri patogeni di entrare nel corpo dalla ferita aperta. In effetti, una volta arrivate sul luogo del delitto, le FBC cominciavano a legarsi alle cellule sui bordi della ferita e a sigillare l’area.

Gli embrioni di Drosophila sono stati osservati al microscopio elettronico che permette di osservare dettagli estremamente piccoli. Così è stato possibile vedere che effettivamente le cellule di grasso sigillano l’area della ferita: osserviamo il quadratino in basso a destra nell’immagine grande: tra la cellula epiteliale (verde) e la cellula del grasso (blu) non resta neanche uno spiraglio! La barra bianca nell’immagine di sinistra è di 20 µm, mentre le barre nere dell’immagine a destra sono di 500 nm (da Franz et al. 2018).

Affinché un taglio si rimargini bene, è necessario pulire a fondo la zona ed a questo ci pensano i macrofagi, le cellule spazzine. Le enormi FBC possono spazzare tutto lo sporco verso i macrofagi per velocizzare il processo. Per di più, in Drosophile modificate geneticamente per non avere macrofagi, le FBC mangiavano loro stesse lo sporco al posto delle cellule spazzine!
Per finire, gli adipociti dei mammiferi possono produrre sostanze antimicrobiche, ed i nostri Scienziatimatti si sono chiesti se le FBC potessero fare altrettanto. Allora, dopo aver tagliato gli embrioni dei moscerini, hanno aggiunto dei batteri, degli Escherichia coli, per monitorare la risposta delle FBC, scoprendo così che anche le FBC possono produrre sostanze capaci di uccidere i batteri.

Ricapitolando, le cellule di grasso di Drosophila possono:

  • Nuotare verso una ferita appena fatta
  • Sigillare l’area per impedire l’accesso a corpuscoli e batteri
  • Facilitare la pulizia dell’area
  • Disinfettare la zona

Negli ultimi anni avevamo scoperto che il tessuto adiposo produce ormoni con effetti sul metabolismo ed è in grado di influenzare il decorso di una infiammazione. Purtroppo, quando c’è troppo tessuto adiposo queste funzioni sono accentuate e rischiamo infiammazioni croniche e diabete. 

Il segreto per beneficiare dei tanti lati positivi del grasso sta nel non esagerare: l’adipe serve nelle giuste quantità! 

Quindi, durante le feste rilassiamoci e pensiamo ai nostri Scienziatimatti, che ci hanno mostrato il ruolo chiave del grasso nella riparazione delle ferite. Possibile che anche le nostre cellule adipose si comportino come quelle di Drosophila e si muovano verso le ferite? Ci aspettano tante belle ricerche per scoprirlo!

Buon appetito e buone feste dagli Scienziatimatti!


Qui il link alla ricerca originale: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.01.026

Fuuu…sion!

Le nostre cellule sono specializzate nel ricavare energia da uno zucchero, il glucosio: appena ne trovano un po’ lo digeriscono in un processo detto glicolisi dal quale ricavano 2 ATP, l’unità di misura dell’energia nel nostro corpo (un po’ come i kilowatt che usiamo per l’elettricità). Quello che resta alla fine della glicolisi viene portato ai mitocondri, gli organelli-centrali energetiche, che digeriscono questo “scarto” inserendolo nel ciclo di Krebs. Con questo ulteriore passaggio otteniamo altri 32 ATP!

I mitocondri funzionano solo se c’è ossigeno; infatti tutto il processo di produzione di energia che passa per i mitocondri è anche chiamato respirazione cellulare.

Nonostante sia estremamente conveniente usare i mitocondri (ci danno un sacco di ATP in più partendo dalla stessa quantità di nutrimento!), alcune cellule del nostro corpo a volte decidono di non usarli. Le cellule muscolari per esempio, durante uno sforzo intenso, non ricevono abbastanza ossigeno dal sangue e devono quindi accontentarsi di fare la glicolisi, generando un debito di energia che colmeranno non appena riavranno il prezioso gas.

I tumori usano molta più energia delle cellule sane perché si dividono molto più velocemente. Eppure sembra che le cellule tumorali decidano di fermarsi alla glicolisi, ricavando così meno energia dal glucosio, il ché le costringe a mangiarsi quantità molto più elevate di glucosio rispetto alle cellule sane.

Questo apparente paradosso (abbiamo già visto altri paradossi!) è conosciuto come Effetto Warburg dal nome del medico che lo ha descritto per primo.

La famosa PET è un esame che si basa proprio sull’effetto Warburg e permette di trovare tumori e metastasi semplicemente cercando le cellule che si mangiano più glucosio del dovuto.

Warburg ipotizzò che i tumori si fermassero alla glicolisi per via di carenze di ossigeno o per difetti ai mitocondri. Oggi sappiamo che in realtà le cellule tumorali spesso hanno ossigeno a disposizione e mitocondri sani, pertanto non interrompono il ciclo di Krebs, anzi, ne fanno di più! La glicolisi però aumenta in maniera più drastica, generando un accumulo di prodotti intermedi che i mitocondri non hanno tempo di usare.

I ricercatori del nostro articolo odierno hanno osservato che cellule in procinto di dividersi (le cellule tumorali, per esempio) hanno mitocondri più grandi di cellule che non si dividono.


A sinistra, foto di cellule in cui i mitocondri sono stati colorati in rosso ed i nuclei in blu. Negli ingrandimenti dentro i riquadri bianchi vediamo che i mitocondri di cellule in proliferazione diventano più lunghi. La linea bianca in basso corrisponde a 20 μm. Per avere una risoluzione maggiore (stavolta la linea bianca corrisponde ad 1 μm!) , le stesse cellule sono state osservate con un microscopio elettronico (immagini a destra) e di nuovo vediamo che i mitocondri (i fagioli indicati dalle frecce gialle) sono più grandi nelle cellule in divisione.

È noto che i mitocondri possono fondersi tra di loro diventando più grandi, probabilmente per produrre più energia. Gli scienziati hanno allora provato ad impedire la fusione dei mitocondri e… sorpresa: la proliferazione delle cellule diminuiva nonostante una aumentata produzione di energia!

Com’è possibile?

Abbiamo detto che i mitocondri usano ossigeno. Ogni volta che si maneggia ossigeno si finisce inevitabilmente per produrre delle sostanze pericolose: i radicali liberi. I mitocondri però sono delle centrali niente male ed hanno dei protocolli per smaltire le scorie pericolose.

Guardando alla capacità di smaltimento delle scorie, i nostri eroi hanno scoperto che mitocondri più grandi sono più bravi a smaltire i radicali liberi.


L’idea dei ricercatori è la seguente: quando c’è bisogno di tanta energia e quindi i mitocondri lavorano tanto, questi si fondono per contrastare l’aumento di radicali liberi. Se si blocca la fusione mitocondriale, la cellula produce sì tanta energia, ma accumula tanti radicali liberi e quindi si fa del male da sola.

Si tratta perciò di un equilibrio: la cellula vuole produrre energia in maniera efficiente nei mitocondri, ma ciò comporta un accumulo di scorie. Quindi troppa respirazione cellulare può essere dannosa e la fusione mitocondriale potrebbe essere un nuovo tallone d’Achille dei tumori!


Qui il link alla ricerca originale: https://elifesciences.org/articles/41351

Il senso del tatto delle cellule

Abbiamo già visto qui che le cellule possono leggere le proprietà fisiche del loro habitat.
Come? Proviamo a toccare un oggetto. Nell istante in cui le nostre dita lo sfiorano, il nostro cervello elabora informazioni circa la sua temperatura, consistenza (rigido o soffice), fattezza (liscio o rugoso) ed altro ancora. Questo grazie ad una miriade di sensori tattili presenti sulle nostre dita che trasformano l’informazione in un segnale biochimico o elettrico interpretabile dal cervello.
Anche le cellule hanno dei sensori sulla loro pelle (la membrana plasmatica) che convertono gli stimoli in segnali biochimici o elettrici.
Quando si parla di segnali bisogna capire due cose:

  • Come si attiva il segnale? Ogni sensore è attivato da uno stimolo diverso (temperatura, rigidità, …).
  • Come si spegne il segnale? I sensori vengono portati all’interno della cellula tramite un processo chiamato endocitosi. Dato che lo stimolo attivatore è fuori dalla cellula, portando dentro il sensore fermerò il segnale!

L’articolo di oggi è un lavoro di un autore del blog e parla di come le cellule possono interpretare la rigidità!
I sensori incaricati di “leggere la rigidità” sono le integrine, proteine transmembrana, che spuntano un po’ all’interno e un po’ all’esterno della cellula. Le integrine toccano tutto quello che sta intorno alla cellula e quando trovano una cosa che gli piace, ci si aggrappano. Parte il segnale. La cellula prova a spegnerlo facendo rientrare l’integrina tramite endocitosi. Una proteina flessibile, la clatrina, si attacca alla membrana plasmatica piegandola verso l’interno. Vediamo due scenari possibili:

  • Superficie rigida: le integrine arrivano in massa, si aggrappano con tutta la loro forza e riescono a contrastare le clatrine che arrivano sempre più numerose. Si crea una placca di clatrina, un pezzo di membrana che non ce la fa a curvarsi e resta piatto. Altri sensori arrivano sulla placca convinti di venire endocitati, ma invece restano lì, accesi. Tra questi c’è il recettore del fattore di crescita EGF (EGFR) che quando è acceso dice alla cellula di proliferare. Molti tumori insorgono perché il segnale di EGFR non viene spento e le placche di clatrina potrebbero essere uno dei tanti modi che i tumori usano per lasciare acceso EGFR.
  • Superficie soffice: le integrine si aggrappano alla superficie esterna, ma la clatrina tira e la superficie esterna si piega fino a spezzarsi. L’integrina finirà col trovarsi dentro una bolla completamente ripiegata verso l’interno della cellula. La clatrina ha vinto, l’integrina viene endocitata.

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A sinistra, una cellula su una superficie rigida. Le grosse macchie bianche sono placche di clatrina. A destra, una cellula su una superficie soffice. Ogni puntino che scompare coincide con un evento di endocitosi (la clatrina che vince).

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Le stesse cellule del video qua sopra (sinistra: superficie rigida; destra: superficie soffice) osservate al microscopio elettronico. Le placche di clatrina sono state colorate in giallo.

Le placche di clatrina non hanno però un ruolo puramente malvagio. Le cellule dell’osso vivono in un ambiente molto rigido ed infatti hanno le placche di clatrina, ma hanno imparato ad usarle per i loro scopi, senza necessariamente trasformarsi in tumori. Altre cellule invece (nel fegato, per esempio) passano tutto il tempo in ambienti soffici e se la rigidità del loro ambiente aumenta, formano placche di clatrina che inviano segnali di proliferazione. Se le cellule non imparano a controllare tali segnali, si può creare un tumore.
Capire come controllare le placche di clatrina potrebbe darci nuove armi per combattere i tumori e con questo lavoro speriamo di aver stimolato la curiosità dei ricercatori nei confronti di queste strutture 🙂


Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/ba6RO

Meccanici acrobati che riparano microscopici camion in corsa

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Ecco un’immagine tridimensionale di una struttura più che microscopica!

 

 

Avete degli occhialini 3D tipo questi?

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Provate a guardare l’immagine e vedrete che i puntini nella foto di destra sono in rilievo!  

Ma cerchiamo di renderci conto delle dimensioni del soggetto di queste foto. Guardatevi un capello. Quanto è spesso? Per aiutarci abbiamo preso l’immagine ingrandita di un capello da wikipedia: (https://it.wikipedia.org/wiki/Capelli#/media/File:Human_hair_2000X_-_SEM_MUSE.tif)

img4Vedete quella macchietta su cui punta la freccia, al di sotto dell’immagine del capello? Quella è la nostra foto 3D!!

Una simile risoluzione è resa possibile grazie all’uso di un microscopio elettronico a trasmissione che, con una tecnica neanche troppo complicata, ci permette di fare foto in 3D all’interno della cellula!

Già di per sé questo è sbalorditivo, ma cosa hanno fotografato i ricercatori?

La cellula è come una città in miniatura, con un via vai incredibile di macchine e camion che trasportano merci e persone da un posto all’altro. Nella foto vediamo una “grande” palla con tante piccole palline attaccate sopra. Anche per i ricercatori è difficile riconoscere queste strutture così piccole, quindi i piccoli pallini sono stati colorati di viola al computer.

La “grande” palla è un camion pieno di materiale che viaggia dentro la cellula. Il camion (in gergo tecnico parliamo di endo-lisosomi) trasporta cibo, pezzi per costruire e riparare varie strutture, o sostanze di rifiuto come per esempio dei microscopici frammenti di metalli che respiriamo nel traffico cittadino. In più certi batteri, forti dei loro miliardi di anni di evoluzione, hanno trovato il modo di usare questi camion per farsi trasportare senza rischio all’interno delle cellule per conquistarle ed usarle per i loro scopi malvagi.

I pallini viola sono dei meccanici (in gergo ESCRT.. Dall’inglese “escort” che vuol dire accompagnatore). I meccanici erano già conosciuti, ma non si sapeva assolutamente che potessero andare sui camion! Cosa ci fanno su questi camion? Possibile che stiano tentando una riparazione in corsa?  

Due gruppi diversi di ricercatori hanno dimostrato che questo è proprio ciò che sta succedendo nella foto. Dei meccanici infinitamente piccoli si buttano su un camion in corsa per ripararlo.. E qualcuno è riuscito a fotografarli!

Perché lo fanno? Le cellule in genere non fanno cose inutili, quindi se decidono di far correre un tale rischio ai meccanici ci deve essere un motivo.

Abbiamo detto che i camion possono trasportare batteri e sostanze di rifiuto. Questi carichi però danneggiano il camion e spesso un camion danneggiato scoppia causando la morte della cellula e l’infiammazione della parte di corpo in cui la cellula vive. Per evitare di morire, la cellula ha addestrato questi meccanici a fare riparazioni acrobatiche. In certi casi è comunque opportuno lasciare i meccanici a terra: se i danni sono troppo grandi è inutile riparare. In questo caso interverranno gli spazzini per isolare il camion e smaltirlo senza danni per la cellula (un processo detto autofagia).

Adesso che sappiamo di cosa sono capaci, sarà possibile provare ad addestrare i meccanici a riconoscere i camion pieni di batteri in modo che li portino dagli spazzini, o a fare acrobazie ancora più folli per salvare i camion e ridurre le infiammazioni che potrebbero sfuggire al controllo del nostro corpo.


Ecco qui i link alle due ricerche originali:

http://science.sciencemag.org/content/360/6384/eaar5078 (la foto viene da qui)

https://www.biorxiv.org/content/early/2018/05/03/313866


 

OH NOO! Uno dei due articoli è a pagamento!

Sci-hub è un sito brutto e cattivo che ci permette di aprire aggratis gli articoli a pagamento. Siccome tale sito è brutto e cattivo, noi non ci sogneremmo mai di utilizzarlo! Poi cambia sempre dominio quindi bisogna cercare ogni volta l’ultima versione su google.. Una noia! Mooolto meglio pagare 50€ per ogni articolo! Mi raccomando: Non cercate Sci-hub su google e non incollate il titolo dell’articolo nella barra che appare con le scritte in cirillico premendo poi invio! 🙂