Mitosi

Le cellule ci insegnano l’economia circolare

Il riuso dei beni sta finalmente prendendo piede nelle nostre città. Conosciamo numerose app anti-spreco (per esempio Too Good To Go, per il cibo) e le usiamo per ridurre il nostro impatto ambientale.

Ma stiamo davvero facendo qualcosa di nuovo? Da più di un miliardo di anni, le nostre cellule usano un processo antispreco chiamato autofagia: organelli e proteine difettose vengono raccolte da ispettori specializzati, LC3B e GABARAP, che le portano ai lisosomi per smontarle e riutilizzarne i pezzi.

Questo sistema super-efficiente ci permette di sopravvivere anche in mancanza di risorse: se il cibo scarseggia, gli organelli malandati vengono smontati grazie all’autofagia ed usati come nutrimento.

L’autofagia può essere attivata anche solo in regioni specifiche della cellula in modo da controllare precisi eventi cellulari. Per esempio, la mito-fagia (autofagia dei mitocondri) ricicla i mitocondri danneggiati controllando così la respirazione cellulare. Ogni “tipo” di autofagia è regolato da meccanismi ancora sconosciuti. Studiare tali meccanismi potrebbe servire per curare le malattie causate da difetti nell’autofagia, come per esempio i tumori.

Gli Scienziatimatti di oggi hanno osservato che il processo di divisione cellulare, la mitosi, era più lento nelle cellule in cui l’autofagia era difettosa.

Sinistra = cellula normale che si sta dividendo (siSCR). Destra = cellula in cui l’autofagia è difettosa (la proteina ULK1 è stata eliminata con la tecnica RNA interference, siULK1) che non riesce a dividersi in così poco tempo. In verde il DNA (H2B) ed in rosso i microtubuli (Tubulina) – (riadattata da: Holdgaard. et al 2019).

Una cellula che si divide deve copiare il DNA e compattarlo nei cromosomi per distribuirlo in parti uguali alle due cellule figlie. Dei filamenti detti microtubuli si dispongono a creare dei binari che condurranno i cromosomi ai due estremi della cellula in divisione. I microtubuli nascono da un organello, il centrosoma, il quale nella mitosi si spezza in due. I due frammenti si allontanano portandosi dietro ognuno un’estremità diversa dei microtubuli, formando una struttura bellissima da vedere chiamata fuso mitotico.


In rosso il Fuso Mitotico (tubulina), in verde i frammenti di centrosoma (gamma-tubulina), ed in blu in DNA (DAPI). Nella prima riga vediamo cellule normali (siSCR), nella seconda (siULK1) e nella terza (siATG7) cellule in cui l’autofagia non funziona perché le proteine ULK1 o ATG7 sono state eliminate e quindi ci sono tanti frammenti di centrosoma. Le barre bianche corrispondono a 10 µm (riadattata da: Holdgaard. et al 2019).

Nelle cellule in cui l’autofagia era difettosa, gli Scienziatimatti osservavano spesso tre o più pezzetti di centrosoma, come se l’organello si fosse rotto in più punti (vedi figura sopra, immagini verdi).

Questo difetto è molto grave perché la cellula ha solo due copie dei cromosomi e se i microtubuli tirano in più direzioni, il DNA si distribuirà in maniera sbagliata nelle due cellule figlie, cosa frequente nei tumori.

Per capire cosa stava succedendo, i ricercatori hanno fatto una lista di tutte le proteine che vengono prese dagli ispettori LC3B e GABARAP ed hanno scoperto che i GABARAP raccoglievano le proteine dei satelliti centriolari, una struttura che avvolge i centrosomi e collabora con loro.

Si trattava forse di un nuovo meccanismo di autofagia? Come verificare questa possibilità?

1.       Bloccare l’autofagia eliminando due proteine necessarie per questo processo. Se i satelliti centriolari sono digeriti dall’autofagia, adesso dovrebbero accumularsi.. ed è proprio quello che vediamo qui:

Nelle immagini di microscopio a sinistra: in verde i satelliti centriolari (PCM1), ed in blu in DNA (DAPI). Nella prima colonna vediamo cellule normali (siSCR), nella seconda (siULK1) e terza (siATG7) cellule in cui l’autofagia non funziona e dove si accumula quindi PCM1. La riga bianca corrisponde a 10 µm.
Le immagini a destra sono un Western Blot: le cellule vengono spaccate e le proteine al loro interno vengono analizzate con degli anticorpi. Le bande nere che vediamo corrispondono alla proteina scritta a destra. Più la banda è scura, più proteina c’è. Prima di essere spaccate, le cellule sono state trattate con Bafilomicina (Baf), un farmaco che blocca l’autofagia. Così, le proteine che normalmente vengono mangiate dall’autofagia si accumulano. LC3B è conosciuta per essere mangiata dall’autofagia ed è quindi un controllo positivo. Vinculin non è toccata dall’autofagia e non varia nell’esperimento. Le proteine dei satelliti centrosomali si accumulano! (Da Holdgaard. et al 2019).

2.       Togliere alla cellula il nutrimento in modo da obbligarla a fare più autofagia. Ora i satelliti centriolari dovrebbero diminuire.. ed ancora una volta i dati confermano l’ipotesi! Per di più, bloccando l’autofagia con un farmaco si può evitare la diminuzione dei satelliti centriolari!

Di nuovo un Western Blot: Le bande nere che vediamo corrispondono alla proteina scritta a destra. Più la banda è scura, più proteina c’è. Prima di essere spaccate, alle cellule è stato tolto il nutrimento (EBSS) per aumentare l’autofagia. Allo stesso tempo, un altro gruppo di cellule a digiuno è stato trattato con bafilomicina per bloccare l’autofagia (EBSS+Baf). p62 è conosciuta per essere mangiata dall’autofagia ed è quindi un controllo positivo (come LC3B nell’imagine precedente). Vinculin non è toccata dall’autofagia e non varia nell’esperimento. I centrosomi satellitari si comportano come le proteine mangiate dall’autofagia (da Holdgaard. et al 2019).

Grazie agli Scienziatimatti di oggi, adesso conosciamo un nuovo tipo di autofagia, la dorifagia (dal greco doryforos, satellite), necessaria perché la divisione cellulare vada a buon fine e quindi fondamentale per il nostro sviluppo e la nostra vita.


Qui il link alla ricerca originale: https://www.nature.com/articles/s41467-019-12094-9

Piccoli alleati per combattere i tumori

Abbiamo già sentito parlare dei batteri, quegli esserini a volte patogeni (che ci fanno cioè ammalare se li incontriamo) e a volte invece innocui o addirittura utili come quelli che ci aiutano a digerire il cibo (il microbiota nell’intestino!).

Per difendersi da altri microorganismi o semplicemente come scarto del loro metabolismo, alcuni batteri producono sostanze con effetto antitumorale. In genere però ne producono in quantità minuscole, non sufficienti per eventuali terapie nell’uomo. Queste sostanze vengono quindi riprodotte in laboratorio per essere usate nelle chemioterapie (ebbene sì, tanti farmaci li abbiamo solo copiati dalla natura, non li abbiamo inventati noi!).

Un’altra caratteristica interessante dei batteri è la loro capacità innata di intrufolarsi nei tumori e di crescere al loro interno. Questo può dipendere da vari motivi, tra cui:

  • i tumori potrebbero proteggere i batteri dal nostro sistema immunitario, il quale normalmente gli da la caccia.
  • Spesso nei tumori c’è poco ossigeno e batteri anaerobi (che crescono cioè in assenza di ossigeno) potrebbero trovarvi quindi una casa accogliente.

La trovata geniale: i batteri potrebbero essere utilizzati come veicoli per trasportare farmaci dentro i tumori. Basterebbe trovare un modo per fargli produrre più sostanze antitumorali. Se questo trucco funzionasse, diventerebbe possibile produrre chemioterapici direttamente dentro il tumore, riducendo quindi gli effetti collaterali ed aumentando l’efficacia dei trattamenti.

Degli scienziati matti hanno deciso di testare questa ipotesi avvalendosi di un batterio comunissimo che non causa malattie nell’uomo: l’Escherichia coli (per gli amici, E.coli). Questo batterio genera ossido nitrico (formula chimica: NO), una sostanza capace di uccidere alcuni tipi di cellule tumorali.

Per l’incursione in territorio tumorale, gli E.coli sono stati equipaggiati con armi potenti: sono stati rivestiti di nanoparticelle che si attivano con la luce ultravioletta e rilasciano energia che può essere utilizzata dai batteri stessi per aumentare il loro metabolismo e produrre più ossido nitrico.

(A) Rappresentazione della produzione dei batteri armati di nanoparticelle. (B) Immagine al microscopio elettronico di un’E.coli (arancione) coperta di nanoparticelle (viola).
Da Zhen et al. 2018

I mini-soldati sono stati iniettati in topi malati di cancro con risultati stupefacenti: andando alla ricerca di un ambiente senza ossigeno, gli E. coli sono riusciti a penetrare proprio nel cuore del tumore, dove le chemioterapie classiche a volte non riescono ad arrivare. Da lì hanno ucciso le cellule malate a colpi di ossido nitrico!

Qui è stata usata una sostanza che emmette luce verde quando manca ossigeno (situazione detta ipossia o, in inlglese, hypoxia, che è l’opposto di normoxia). Nell’immagine vediamo che i batteri (in rosso) si accumulano solo dove manca ossigeno. Da Zhen et al. 2018.

In questo grafico possiamo vedere come il tumore abbia smesso di crescere grazie ai batteri armati (CCN@E.coli).

Sulle X vediamo il tempo che passa. Sulle Y le dimensioni del tumori. Vediamo che il tumore trattato con batteri armati (E.coli @CCN), la linea nera, non aumenta di dimensioni. Le tre stelline a destra significano che la linea rossa e la linea nera sono statisticamente diverse, cioè l’esperimento è riproducibile. Da Zhen et al. 2018.

Il rischio più grande di un simile trattamento è che il nostro corpo scopra gli E.coli e decida di attaccarli in quanto invasori. L’attacco può danneggiare anche le nostre cellule scatenando una setticemia, una grave infiammazione estesa a tutti gli organi che ci può far morire.

Nessuno dei topi trattati ha però avuto febbre, né altri segni di infiammazione. Quindi pare che i batteri scelti dai ricercatori siano abbastanza tollerati dal corpo!

Forse i lettori più attenti lo avranno già notato: il tumore purtroppo non scompare del tutto, ma già il fatto che smetta di crescere è un grande traguardo.

In ogni caso questa ricerca ci mostra ancora una volta quanti ricercatori siano impegnati nella battaglia contro il cancro e quanto la fantasia sia utile nello sviluppare nuove terapie.



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