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Nuova scoperta su staminali può favorire ricambio organi danneggiati
Ricercatori si sono concentrati su cellule staminali (giallo) alla base del dente incisivo in crescita di topo, che risiedono in uno strato superficiale di cellule (verde scuro). Le cellule staminali generano cellule precursori (verde chiaro), che a loro volta formano ameloblasts (blu), le cellule che compongono lo smalto (rosso). Gli odontoblasts (arancione) derivano da un diverso gruppo di cellule staminali e producono dentina (bianco). (Credit: Jimmy Hu)Ricercatori sulle cellule staminali della University of California di San Francisco hanno scoperto il ruolo chiave di una proteina chiamata BMI1 che potrebbe aiutare gli scienziati a dirigere lo sviluppo di tessuti per sostituire organi danneggiati del corpo umano, anche del cervello.
"Sappiamo che la BMI1 è un interruttore centrale di controllo all'interno delle cellule staminali adulte di molti tessuti, compreso il cervello, il sangue, il polmone e la ghiandola mammaria", ha detto Ophir Klein, MD, PhD, direttore del Programma di Biologia Craniofacciale e Mesenchimale (CMB) e presidente della Divisione Anomalie Craniofacciali della UCSF. "La BMI1 è anche un gene cancerogeno che si riattiva nelle cellule tumorali".
Il gruppo di ricerca di Klein dimostra ora che la BMI1 ha un altro ruolo nel garantire che il processo di sviluppo si svolga normalmente. Caratteristiche di tutte le cellule staminali sono l'immaturità, la continua suddivisione per ricostituirne il numero quasi all'infinito, e la generazione di nuove cellule specializzate per funzionare nei tessuti in cui risiedono, un processo chiamato differenziazione cellulare.
Spinto da una parte, l'interruttore BMI1 permette alle cellule staminali normali di dividersi e di rinnovare il proprio numero. Mandato nella direzione opposta, mantiene sotto controllo la proliferazione cellulare. Ma ora, il team di ricerca di Klein dimostra che il BMI1 impedisce anche a questo deposito di cellule staminali di generare cellule figlia che maturano nel tipo sbagliato di cellule specializzate, nel posto sbagliato.
La nuova scoperta suggerisce che la manipolazione della BMI1, insieme ad altre molecole regolatrici, potrebbe un giorno essere una delle fasi comprese nelle ricette molecolari che accendono o spengono lo sviluppo delle cellule specializzate, creando nuovi trattamenti basati sulle cellule per sostituire i tessuti persi per infortunio, malattia o invecchiamento, spiega Klein.
E' intrigante pensare al doppio ruolo della BMI1 anche in contesti patologici, come il cancro, ha detto Klein. Una crescente evidenza suggerisce che molti tumori sono guidati da un comportamento anomalo delle cellule staminali adulte o da cellule che hanno acquisito proprietà simili alle cellule staminali in modo anomalo. Alcuni ricercatori di cancro ritengono che se queste cellule cancerose potessero essere indotte a diventare cellule specializzate piuttosto che cellule staminali quando si dividono, si potrebbe rallentare la crescita del tumore. Klein suggerisce che una strategia potrebbe essere la disattivazione della BMI1 nelle cellule staminali del cancro.
Lo studio del gruppo di ricerca di Klein è pubblicato nel numero di Luglio di Nature Cell Biology, ed è stato condotto su cellule staminali adulte presenti nei grandi incisivi dei topi.
Klein, membro di facoltà della School of Dentistry alla UCSF, così come della Scuola di Medicina, studia denti, intestino e altri tessuti per capire la biologia e i meccanismi molecolari che regolano le cellule staminali in questi organi. Le conoscenze acquisite in questi studi possono alimentare ulteriormente il suo specifico interesse a trovare nuovi modi per generare tessuto di sostituzione per il trattamento di malattie come il morbo di Crohn e le anomalie cranio-facciali, e far crescere nuovi denti.
L'incisivo del topo, a differenza di qualsiasi dente umano, cresce continuamente, ed è un obiettivo attraente per la ricerca sulle cellule staminali, secondo Klein. "C'è una grande popolazione di cellule staminali, ed è facile tenere traccia del modo in cui sono prodotte le cellule figlia delle cellule staminali; è come se fossero su un nastro trasportatore", ha detto. All'inizio della vita gli esseri umani possiedono cellule staminali che in modo simile guidano lo sviluppo dei denti, ma diventano inattive dopo che i denti adulti sono completamente formati durante la prima infanzia.
Nello studio attuale, i borsisti post-dottorato Brian Biehs, PhD, e Jimmy Hu, PhD, hanno stabilito che c'è un gruppo di cellule staminali adulte alla base dell'incisivo in crescita del topo e che queste cellule staminali possiedono la BMI1 attiva. Essi hanno dimostrato che la BMI1 può sopprimere un set di geni chiamati geni Hox che, se attivati, innescano lo sviluppo di tipi cellulari specifici e di strutture del corpo. Nell'incisivo nel topo i ricercatori hanno dimostrato che l'attività della BMI1 delle cellule staminali mantiene il destino delle cellule staminali e previene una differenziazione cellulare errata sopprimendo l'espressione dei geni Hox.
Questo ruolo essenziale di sviluppo delle BMI1 nel supervisionare la produzione di cellule specializzate è probabile che sia stato conservato attraverso l'evoluzione, perché gli studi dei geni Hox nei moscerini della frutta suggeriscono che ci potrebbe essere un ruolo simile alle BMI1 negli insetti e nei mammiferi, spiega Klein.
Usando l'incisivo del topo, Klein e colleghi intendono continuare ad esplorare come sono modellate a loro volta le cellule staminali ed il relativo comportamento dagli stimoli che ricevono dalle cellule circostanti. "Questa nuova conoscenza è fondamentale per comprendere come viene controllata la differenziazione cellulare, e può aiutare a manipolare le cellule staminali per arrivare a fare quello che vogliamo che loro facciano", ha detto Klein.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health e dal California Institute for Regenerative Medicine.
Fonte: University of California, San Francisco (UCSF). Articolo originale scritto da Jeffrey Norris.
Riferimento: Brian Biehs, Jimmy Kuang-Hsien Hu, Nicolas B. Strauli, Eugenio Sangiorgi, Heekyung Jung, Ralf-Peter Heber, Sunita Ho, Alice F. Goodwin, Jeremy S. Dasen, Mario R. Capecchi, Ophir D. Klein. BMI1 represses Ink4a/Arf and Hox genes to regulate stem cells in the rodent incisor. Nature Cell Biology, 2013; 15 (7): 846 DOI: 10.1038/ncb2766
Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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