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La struttura di collegamento a nanotubi sfida il concetto stesso di cellula
Cellule connesse da microtubuli (Fonte: © Institut Pasteur)
Le cellule del nostro corpo hanno la capacità di parlare l'una con l'altra proprio come fanno le persone.
Questa comunicazione consente ai vari organi di lavorare in modo sincrono, il che a sua volta ci consente di eseguire la notevole gamma di compiti quotidiani.
Uno di questi mezzi di comunicazione è quello dei 'nanotubi di tunneling' (TNT). In un articolo pubblicato su Nature Communications, i ricercatori dell'Istituto Pasteur guidati da Chiara Zurzolo hanno scoperto, grazie a tecniche avanzate di scansione, che la struttura di questi nanotubi sfida il concetto stesso di cellula.
Come suggerisce il loro nome, i TNT sono minuscole gallerie che collegano due o più cellule, e consentono il trasporto di un'ampia varietà di carichi tra di loro, inclusi ioni, virus e interi organelli. Ricerche precedenti dello stesso team hanno dimostrato che i TNT sono coinvolti nella diffusione intercellulare delle proteine amiloidi patogene coinvolte nell'Alzheimer e nel Parkinson.
Ciò ha portato i ricercatori a proporre che siano un percorso importante per la diffusione delle malattie neurodegenerative nel cervello e quindi rappresentano un nuovo bersaglio terapeutico per fermare la progressione di queste malattie incurabili. I TNT sembrano avere anche un ruolo importante nella resistenza del cancro alla terapia.
Ma poiché gli scienziati sanno ancora molto poco sui TNT e su come si relazionano o differiscono da altre protrusioni cellulari come i 'filopodia', hanno deciso di perseguire la loro ricerca per trattare in profondità queste minuscole connessioni tubulari.
Il dogma dell'unità-cellula messo in discussione
È quindi necessaria una migliore comprensione di queste minuscole connessioni tubulari poiché i TNT potrebbero avere enormi implicazioni per la salute e le malattie umane. Affrontare questo problema è stato molto difficile a causa della natura fragile e transitoria di queste strutture, che non sopravvivono alle tecniche microscopiche classiche.
Per superare questi ostacoli, i ricercatori hanno combinato vari approcci di microscopia elettronica all'avanguardia e scansionato i TNT a temperature inferiori allo zero. Con questa strategia di scansione, i ricercatori sono riusciti a decifrare la struttura dei TNT in modo dettagliato.
In particolare, mostrano che la maggior parte dei TNT, precedentemente indicati come connessioni singole, sono in realtà costituiti da nanotubi di tunneling multipli, singoli e piccoli (iTNT). Le loro immagini mostrano anche l'esistenza di fili sottili che collegano gli iTNT, che potrebbero servire ad aumentare la loro stabilità meccanica.
Essi dimostrano la funzionalità degli iTNT evidenziando il trasporto di organelli mediante la scansione al rallentatore. Infine, i ricercatori hanno usato un tipo di microscopia chiamata 'FIB-SEM' per produrre immagini 3D con una risoluzione sufficiente a chiarire che i TNT sono 'aperti' su entrambe le estremità e quindi creano continuità tra due cellule.
"Questa scoperta sfida il dogma delle cellule come unità individuali, dimostrando che le cellule possono aprirsi ai vicini e scambiare materiali senza una barriera protettiva" spiega Chiara Zurzolo, responsabile della Membrane Traffic and Pathogenesis Unit dell'Institut Pasteur.
Nuovo passo nella decofica delle comunicazioni cellula-cellula
Applicando un flusso di lavoro di scansione che migliora ed evita le limitazioni precedenti degli strumenti usati per studiare l'anatomia dei TNT, i ricercatori forniscono la prima descrizione strutturale dei TNT. È importante notare che forniscono la dimostrazione assoluta che questi sono nuovi organelli cellulari con una struttura definita, molto diversa dalle note protrusioni cellulari.
"La descrizione della struttura consente di capire i meccanismi coinvolti nella loro formazione e la loro funzione nel trasferimento di materiale direttamente tra (il citosol di) due cellule collegate" afferma Chiara Zurzolo. Inoltre, la loro strategia, che preserva queste delicate strutture, sarà utile per studiare il ruolo dei TNT in altre condizioni fisiologiche e patologiche
Questo lavoro è un passo essenziale verso la comprensione della comunicazione cellula-cellula tramite TNT e pone le basi per le indagini sulle loro funzioni fisiologiche e il loro ruolo nella diffusione di particelle legate a malattie come virus, batteri e proteine malripiegate.
Fonte: Institut Pasteur (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Anna Sartori-Rupp, Diégo Cordero Cervantes, Anna Pepe, Karine Gousset, Elise Delage, Simon Corroyer-Dulmont, Christine Schmitt, Jacomina Krijnse-Locker, Chiara Zurzolo. Correlative cryo-electron microscopy reveals the structure of TNTs in neuronal cells. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-08178-7
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