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Scienziati ringiovaniscono le cellule staminali nel cervello di topi anziani
Nel cervello giovane (sinistra) le staminali attivate sono superiori a quelle quiescenti. Nel cervello vecchio (destra), dove le staminali quiescenti sono più di quelle attivate, l'inibizione della sFRP5 può quasi ripristinare il rapporto giovanile.
Scienziati dell'Università del Lussemburgo e del Centro Tedesco Ricerca sul Cancro (DKFZ) sono riusciti a ringiovanire le cellule staminali nel cervello di topi anziani.
Le cellule staminali rivitalizzate migliorano la rigenerazione delle aree ferite o malate nel cervello di topi vecchi. I ricercatori si aspettano che il loro approccio possa fornire nuovo slancio alla medicina rigenerativa e che faciliti lo sviluppo di terapie con le cellule staminali. Le loro scoperte sono state pubblicate ieri sulla rivista Cell.
Tutte le cellule che compongono i nostri organi provengono da cellule staminali. Le cellule risultanti dalla loro divisione si sviluppano in cellule tissutali specifiche, formando cervello, polmoni o midollo osseo. Con l'età, tuttavia, le cellule staminali degli organismi viventi perdono la capacità di proliferare. Molte di loro cadono in uno stato permanente di quiescenza.
Per creare i modelli computazionali più accurati possibile del comportamento delle cellule staminali, il gruppo di biologia computazionale del Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB), guidato dal Prof. Antonio del Sol, ha applicato un nuovo approccio. "Le cellule staminali vivono in una nicchia dove interagiscono costantemente con altre cellule e componenti extracellulari. È estremamente difficile modellare una pletora di interazioni molecolari complesse al computer. Quindi abbiamo spostato la prospettiva. Abbiamo smesso di pensare a quali fattori esterni influenzano le cellule staminali e abbiamo iniziato a pensare a come sarebbe lo stato interno di una cellula staminale nella sua nicchia precisamente definita".
Il nuovo approccio ha portato a un nuovo modello computazionale sviluppato dal Dr. Srikanth Ravichandran del Computational Biology Group: "Il nostro modello può determinare quali proteine sono responsabili dello stato funzionale di una determinata cellula staminale nella sua nicchia - ovvero se si dividerà o se rimarrà in uno stato di quiescenza. Il nostro modello si basa sulle informazioni di quali geni vengono trascritti. Le moderne tecnologie di biologia cellulare consentono di profilare l'espressione genica con risoluzione alla singola cellula".
In precedenza non era noto il motivo per cui la maggior parte delle cellule staminali nel cervello di topi vecchi rimangono in uno stato di quiescenza. Dal loro modello computazionale, i ricercatori dell'LCSB hanno identificato una molecola chiamata sFRP5 che mantiene inattive le cellule staminali neuronali nei topi vecchi e previene la proliferazione bloccando il 'percorso Wnt' che è cruciale per la differenziazione cellulare.
Ringiovanimento per le cellule staminali
Poi è entrata in scena la lunga esperienza nelle cellule staminali neuronali dei collaboratori del German Cancer Research Center (DKFZ): studiando le cellule staminali prima in un piatto e poi direttamente nei topi, hanno potuto validare sperimentalmente la previsione computazionale. Quando si neutralizza l'azione della sFRP5, le cellule staminali quiescenti hanno effettivamente iniziato a proliferare più attivamente.
Quindi, erano di nuovo disponibili per essere reclutate dai processi di rigenerazione nel cervello che invecchia. "Con la disattivazione della sFRP5, le cellule subiscono una sorta di ringiovanimento", afferma del Sol. "Di conseguenza, il rapporto tra cellule staminali attive e dormienti nel cervello di topi vecchi diventa favorevole quasi come negli animali giovani".
"Le nostre scoperte costituiscono un passo importante verso l'implementazione di terapie basate su cellule staminali, ad esempio per le malattie neurodegenerative", afferma Antonio del Sol. "Abbiamo dimostrato che, con i modelli computazionali, è possibile identificare le caratteristiche essenziali che sono caratteristiche di uno specifico stato di cellule staminali".
Questo approccio non è limitato allo studio del cervello. Può essere usato anche per modellare le cellule staminali di altri organi nel corpo. "La speranza è che questo apra delle strade per la medicina rigenerativa", dice del Sol.
Fonte: University of Luxembourg (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Georgios Kalamakis, Daniel Brüne, Srikanth Ravichandran, Jan Bolz, Wenqiang Fan, Frederik Ziebell, Thomas Stiehl, Francisco Catalá-Martinez, Janina Kupke, Sheng Zhao, Enric Llorens-Bobadilla, Katharina Bauer, Stefanie Limpert, Birgit Berger, Urs Christen, Peter Schmezer, Jan Philipp Mallm, Benedikt Berninger, Simon Anders, Antonio del Sol, Anna Marciniak-Czochra, Ana Martin-Villalba. Quiescence Modulates Stem Cell Maintenance and Regenerative Capacity in the Aging Brain. Cell, 28 Feb 2019, DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.040
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