Ricerche

Ricercatori del Medical Center della Columbia University (CUMC) hanno identificato un percorso molecolare che controlla il mantenimento e il rilascio delle cellule staminali del cervello.

La scoperta garantisce nuove prospettive nello sviluppo neurologico normale e anomalo, e potrebbe portare a terapie rigenerative per le malattie neurologiche e le lesioni.

The findings, from a collaborative effort of the laboratories of Drs. I risultati, frutto di uno sforzo collaborativo tra i laboratori della D.ssa Anna Lasorella e del Dr Antonio Iavarone (marito e moglie, in foto), sono stati pubblicati nell'edizione online del 22 Aprile di Nature Cell Biology. La ricerca si basa su studi recenti, che hanno dimostrato che le cellule staminali risiedono in nicchie specializzate, o microambienti, che le supportano e le mantengono. "Da questa ricerca, sapevamo che quando le cellule staminali si staccano dalla loro nicchia, perdono la loro identità di cellule staminali e cominciano a differenziarsi in tipi cellulari specifici", ha detto il co-autore senior Antonio Iavarone, MD, professore di Patologia e Neurologia alla CUMC. "Tuttavia, i percorsi che regolano l'interazione delle cellule staminali con la loro nicchia erano oscure", ha detto il co-autore senior Anna Lasorella, MD, professore associato di Patologia e Pediatria alla CUMC e membro della Stem Cell Initiative della Columbia.

Nel cervello, la nicchia di cellule staminali è situata in una zona adiacente ai ventricoli, gli spazi pieni di fluido all'interno del cervello. Le cellule staminali neurali (NSC) all'interno della nicchia sono accuratamente regolate, in modo che abbastanza cellule vengano rilasciate per popolare aree specifiche del cervello, mentre un approvvigionamento sufficiente è tenuto in riserva. In studi precedenti, i dottori Iavarone e Lasorella si sono focalizzati sulle molecole chiamate proteine Id (inibitore di differenziazione), che regolano varie proprietà delle cellule staminali. Hanno intrapreso questo studio per determinare come le proteine Id mantengono l'identità delle cellule staminali.

Il team ha sviluppato un ceppo geneticamente modificato di topi in cui sono state silenziate, o abbattute, le proteine Id nelle NSC. In assenza di proteine Id, i topi morivano entro 24 ore dalla nascita. Il loro cervello ha mostrato una capacità proliferativa delle NSC significativamente ridotta, così come le loro popolazioni di cellule staminali.

Gli studi sulle NSC da questo ceppo di topi hanno rivelato che le proteine Id regolano direttamente la produzione di una proteina chiamata Rap1GAP, che a sua volta controlla il Rap1, uno dei principali regolatori di adesione cellulare. I ricercatori hanno scoperto che il percorso Id-Rap1GAP-Rap1 è fondamentale per l'adesione delle NSC alla loro nicchia e per la manutenzione delle NSC. "Ci possono essere altri percorsi interessati, ma crediamo che questa sia la via chiave", ha detto il Dott. Iavarone. "Ci sono buone ragioni per credere che essa operi in altri tipi di cellule staminali, ed i nostri laboratori stanno studiando questa questione".

Cellule staminali neurali che si staccano dalla nicchia vascolare. (Credit: Anna Lasorella, CUMC /Nature Cell Biology)

"Questa è una idea nuova", ha aggiunto la dssa Lasorella. "Prima di questo studio, l'opinione prevalente era che le NSC fossero regolate dai componenti della nicchia, presumibilmente attraverso il rilascio di esche chimiche come le citochine. Tuttavia, i nostri risultati suggeriscono che l'identità delle cellule staminali si basa su questo meccanismo".

Sono necessarie altre ricerche prima che i risultati possono essere applicati terapeuticamente, ha detto il Dott. Iavarone. "Diversi studi dimostrano che le NSC rispondono agli insulti ischemici quali ictus o malattie neurodegenerative. Se riusciamo a capire come manipolare le vie che determinano il destino delle cellule staminali, in futuro potremmo essere in grado di controllare le proprietà delle NSC per scopi terapeutici".

"Un'altro aspetto", ha aggiunto la dssa Lasorella, "è stabilire se le proteine Id mantengono anche le proprietà delle cellule staminali nelle cellule staminali tumorali del cervello. Infatti, le cellule staminali normali e le cellule staminali tumorali condividono le proprietà e le funzioni. Dato che le cellule staminali tumorali sono difficili da trattare, individuare questi percorsi potrebbe portare a terapie più efficaci per i tumori maligni del cervello".

Stephen G. Emerson, MD, PhD, direttore dell'Herbert Irving Comprehensive Cancer Center al NewYork-Presbyterian Hospital / Columbia University Medical Center, ha aggiunto che "comprendere il percorso che permette alle cellule staminali di svilupparsi in cellule mature potrebbe portare a trattamenti più efficaci e meno tossici per il cancro. Questo studio apre un bellissimo modo del tutto imprevisto di pensare al trattamento dei tumori cerebrali".

Il documento è intitolato "Id proteins synchronize stemness and anchorage to the niche of neural stem cells." Altri partecipanti sono Francesco Niola (CUMC), Xudong Zhao (CUMC), Devendra Singh (CUMC), Angelica Castano (CUMC), Ryan Sullivan (CUMC), Mario Lauria (Istituto Telethon di Genetica e Medicina, Napoli, Italia), Hyung- Nam Song (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York), Yuan Zhuang (Duke University Medical Center, Durham, North Carolina), Robert Benezra (Memorial Sloan-Kettering) e Diego Di Bernardo (Istituto Telethon di Genetica e Medicina). Questa ricerca è stata finanziata dalle R01CA101644 , R01CA131126, R01CA085628 e R01CA127643 del National Cancer Institute, e dalla sovvenzione R01NS061776 del National Institute of Neurological Disorder and Stroke.

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Fonte: Materiali del Columbia University Medical Center, via Newswise.

Riferimento: Francesco Niola, Xudong Zhao, Devendra Singh, Angelica Castano, Ryan Sullivan, Mario Lauria, Hyung-song Nam, Yuan Zhuang, Robert Benezra, Diego Di Bernardo, Antonio Iavarone, Anna Lasorella. Id proteins synchronize stemness and anchorage to the niche of neural stem cells. Nature Cell Biology , 2012; DOI: 10.1038/ncb2490.

Pubblicato in ScienceDaily il 22 Aprile 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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