Come le cellule creano spazio per se stesse
Per dividersi, le cellule della parete intestinale devono lasciare il loro ambiente densamente impacchettato e migrare verso la superficie. I ricercatori dell'ETH hanno ora scoperto come le cellule riescono a farlo, utilizzando una minuscola tavoletta per unghie.
Il corpo umano si rinnova continuamente. Ogni giorno muoiono diversi trilioni di cellule del nostro corpo. In questo periodo ne nascono altrettante nuove, perché altre cellule si dividono. Per poterlo fare, le cellule assumono una forma sferica. Solo così i cromosomi possono dividersi senza problemi tra le due cellule figlie che si formano. Nel nostro corpo si verifica quindi il seguente spettacolo miliardi di volte al giorno: una cellula cambia la sua caratteristica forma funzionale in una sfera, si divide e le cellule figlie assumono nuovamente la loro forma tipica.
Questo cambiamento di forma è particolarmente drastico e difficile nelle cellule colonnari e vicine, come le cellule epiteliali che formano la parete intestinale e altre membrane mucose e le pareti dei vasi. Come stuzzicadenti in una scatola, queste cellule sono strette l'una accanto all'altra. Le cellule non hanno quasi spazio nel tessuto della parete per rimodellarsi in una sfera per la divisione cellulare. I ricercatori del Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea hanno ora scoperto il meccanismo che permette loro di farlo.
Le proteine di membrana pompano le cellule
Il principio del meccanismo con cui le cellule diventano sfere è già noto. Alcuni anni fa, Daniel Müller, professore di biofisica, e il suo team hanno dimostrato come le cellule attivino pompe molecolari nel loro involucro esterno. Queste trasportano ioni salini all'interno della cellula. Gli ioni generano la cosiddetta pressione osmotica, che permette all'acqua di fluire all'interno della cellula, facendola espandere in una sfera.
Dalle osservazioni al microscopio si sa anche dove le cellule epiteliali a forma di bastoncino trovano lo spazio per formarsi in una sfera: "Le cellule migrano dallo strato epiteliale alla superficie", spiega Müller. "Lì si dividono e poi migrano di nuovo nello strato epiteliale".
Le cellule escono dalla parete
Ma come fanno le cellule a raggiungere la superficie? In un nuovo studio, i membri del gruppo di Müller, insieme ad altri gruppi di ricerca del Dipartimento biosistemi, sono riusciti a dimostrare che le cellule epiteliali utilizzano lo stesso meccanismo di tutte le altre cellule. "Le cellule si riempiono di ioni salini e si rimpolpano a causa della pressione osmotica. Inoltre, lo scheletro interno delle cellule si contrae. In questo modo la cellula può generare la forza necessaria per uscire virtualmente dallo strato epiteliale contro la resistenza esterna e raggiungere la superficie", spiega Müller.
I ricercatori lo hanno scoperto in coltura cellulare. Insieme al gruppo guidato da Andreas Hierlemann, professore di ingegneria dei biosistemi, hanno sviluppato un tipo di tavola di plastica a micronastri. Hanno permesso alle cellule epiteliali di crescere tra i "chiodi" (o meglio le colonne). Al microscopio, i ricercatori hanno potuto osservare il comportamento delle cellule.
Ambiente di prova per le malattie
Quando gli scienziati hanno inibito l'attività delle proteine di trasporto ionico delle cellule, hanno potuto osservare che l'equilibrio salino delle cellule non è solo responsabile del cambiamento di forma in una sfera. Anche la "forzatura" dello strato epiteliale dipendeva da questo. Gli scienziati hanno anche potuto utilizzare la deflessione delle colonne di plastica per calcolare le forze generate dalle cellule per la loro migrazione verso la superficie epiteliale.
Il pannello di micronail serve ai ricercatori anche come ambiente di prova per alcune malattie. Ad esempio, è noto che le cellule epiteliali che non possono raggiungere la superficie dello strato epiteliale per la divisione cellulare e quindi non possono dividersi indisturbate possono causare il distacco dello strato epiteliale. Questo può portare allo sviluppo e alla diffusione di tumori, ad esempio nello stomaco, nell'intestino, nei reni o nella cistifellea. Con il nostro microscopio "a chiodo", possiamo ora studiare le condizioni in cui le cellule non riescono più a sollevarsi in superficie", spiega Müller. Hanno già iniziato a usare questo ambiente di prova per cercare le cause genetiche di alcune malattie. Può anche essere utilizzato per testare l'efficacia di nuovi farmaci.
Riferimento alla letteratura
Sorce B et al: Le cellule mitotiche contraggono la corteccia di actomiosina e generano una pressione per arrotondarsi contro o sfuggire al confinamento epiteliale. Nature Communications, 25 novembre 2015, doi: pagina esterna10.1038/ncomms9872