Cellule staminali embrionali: una questione di “memoria”

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La memoria è sicuramente tra le capacità più importanti per la vita della maggior parte degli esseri viventi, in particolare per l’Uomo. Di seguito parleremo di un “tipo” di memoria davvero particolare: la memoria chimica.

Lo studio

In un articolo di ricerca pubblicato il 12 ottobre 2018 su eLIFE Science, un gruppo di ricercatori della The Rockefeller University mostrano la loro indagine nel campo dell’embriologia sperimentale.

Il loro scopo era quello di conoscere il ruolo dell’activina durante le varie fasi dell’embriogenesi umana. L’activina è una proteina peptidica facente parte della famiglia TGF-β (transforming growth factors beta). I TGF-β regolano numerosissime funzioni cellulari, tra le più importanti si ricorda quella della regolazione delle difese immunitarie. Sintetizzata principalmente nelle ovaie, l’activina ha diversi ruoli importanti: biosintesi ed emissione dell’ormone follicolo-stimolante e proliferazione cellulare.

Diversi studi ed esperimenti condotti su embrioni di alcune specie animali hanno mostrato il ruolo fondamentale dell’activina durante la differenziazione cellulare: senza l’interazione con essa infatti le cellule non si specializzano.

I ricercatori hanno adoperato embrioni umani artificiali provenienti da cellule staminali embrionali. Le cellule staminali embrionali umane (hESC: human embryonic stem cell) sono cellule morfo-funzionali aventi caratteristiche uniche: l’autorinnovamento e la pluripotenza. In poche parole, la prima è la capacità di dividersi un numero infinito di volte generando altre cellule staminali identiche, la seconda è la capacità di differenziarsi, cioè di specializzarsi, in un altro tipo qualsiasi di cellula o quasi: queste cellule possono differenziarsi nei tre foglietti embrionali, ma non potranno mai sviluppare un individuo perché non sono in grado di provvedere alla formazione della placenta.

Dapprima, le varie hESC sono state trattate con sola activina (come è riportato da studi precedenti su embrioni animali) per osservare il meccanismo con cui questa differenzia cellule umane ma, inaspettatamente, le cellule non si sono specializzate. L’osservazione fatta dagli scienziati è stata quella del vedere attivata la SMAD, una proteina che regola la trasduzione dei segnali biochimici per i recettori della famiglia TGF-β e che partecipa alla trascrizione del DNA nel RNA.

Si è dimostrato quindi che le cellule trattate con sola activina producono una differenziazione temporanea. I ricercatori hanno allora tentato di trattare le hESC prima con WNT e poi con activina. Le WNT sono glicoproteine transmembrana aventi un ruolo chiave nello sviluppo embrionale: esse determinano la disposizione degli organi interni, nonché la formazione dei tessuti muscolari ed ossei. Ciò è possibile perché queste proteine permettono la comunicazione fra cellule grazie all’attivazione di diversi segnali di trasduzione cellulare: le “vie di segnalazione WNT”.

Le hESC sono state quindi trattate con WNT per 24 ore, lavate e poi coltivate alcune con ed altre senza activina per altre 24 ore ciascuna. Le colture senza activina non hanno prodotto differenziazione, al contrario di quelle trattate con activina. Si è concluso che l’activina funge da morfogeno solo dopo trattazione con WNT.

Importante è stato osservare che i destini delle varie cellule pluripotenti sono dipendenti dalla concentrazione di activina. Il passo successivo è stato capire in che modo la segnalazione WNT rende stabile la differenziazione cellulare. I ricercatori hanno optato per un gioco d’inibizione prima della proteina che lavora insieme a WNT nella trascrizione genica (β-catenina) e poi delle WNT durante la fase di trattamento con activina.

I risultati sono stati sorprendentemente inattesi: le hESC memorizzano il trattamento con WNT. Nonostante l’inibizione infatti, le cellule continuavano a differenziarsi, come se “ricordassero” di essere state esposte a WNT.

In conclusione, lo studio mostra che il pretrattamento con WNT modifica in modo permanente le hESC, tanto da conferirgli una “memoria” che consente loro di rispondere all’activina e potersi così specializzare. L’inibizione delle WNT suggerisce inoltre che non è richiesto il trattamento simultaneo di WNT ed activina.

Da questo importantissimo studio possono scaturire diversi quesiti, come quello di chiedersi in quale sito viene trascritta la “memoria WNT” e in che modo (si sospetta possano essere registrate chimicamente nell’epigenoma, la lista d’istruzioni che ogni singola cellula segue per leggere il proprio DNA). Questo è un altro tassello che ha approfondito la nostra conoscenza sullo sviluppo umano e che può aiutare a capire le situazioni in cui questa memoria funziona male, portando a malattie genetiche o neoplasie.

FONTI | Articolo originale