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Ricerche

Programma appena scoperto di rimozione dei rifiuti cellulari aiuta a creare nuovi neuroni

Neural stem cells in the brain labeled by vimentin in red and Sox2 in cyanImmagine a immunofluorescenza del giro dentato, all'interno dell'ippocampo, uno dei 2 posti dove risiedono le cellule staminali neuronali nel cervello di topo. Nell'immagine molte cellule staminali neurali nel cervello colorate dalla vimentina in rosso e dalla Sox2, un marcatore delle cellule che si auto-rinnovano, in turchese. (Fonte: Christopher Morrow)

Una nuova ricerca svolta da scienziati dell'Università del Wisconsin di Madison rivela che un filamento cellulare aiuta le cellule staminali neurali ad eliminare proteine ​​danneggiate e aggregate, un passo importante nella produzione di nuovi neuroni.


Il lavoro fornisce un nuovo bersaglio cellulare per interventi che potrebbero aumentare la produzione di neuroni quando è più necessario, come dopo una lesione cerebrale. E poiché i raggruppamenti di proteine sono una caratteristica di molte malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer, il nuovo studio potrebbe fornire un'idea di come queste proteine ​​tossiche possono essere spazzate via.


Darcie Moore, assistente professoressa di neuroscienze, ha guidato il lavoro con il ricercatore postdottorato Christopher Morrow. Il loro studio è disponibile online sulla rivista Cell Stem Cell.


“Come obiettivo a lungo termine, ci piacerebbe riuscire a indurre le cellule staminali neurali endogene ad aiutare a rigenerare i tessuti, soprattutto dopo un ictus o un certo tipo di neurodegenerazione”, spiega Morrow.


In un topo modello, il gruppo ha identificato un filamento cellulare chiamato 'vimentina' come componente chiave del sistema di gestione proteico delle cellule staminali neurali. Ha scoperto che la vimentina porta i proteasomi (tritarifiuti molecolari che possono digerire le proteine ​puntate) ai grumi di proteine ​​danneggiate che devono essere rimosse per far funzionare correttamente le cellule. Le cellule staminali neurali accumulano proteine ​​danneggiate durante il processo di invecchiamento, o quando sono inattive o esposte a sostanze chimiche tossiche.


Quando le cellule staminali neurali mancavano della vimentina, erano più inefficaci ad eliminare le proteine puntate, uscivano più lentamente dallo stato dormiente e riuscivano meno a recuperare dopo essere state esposte a tossine dannose per le proteine. I topi incapaci di produrre vimentina avevano una capacità ridotta di produrre nuovi neuroni dalle cellule staminali in giovane età, il che suggerisce che la vimentina è importante per mantenere attive e produttive le cellule staminali neurali durante l'invecchiamento.


I libri di testo usati insegnano che i mammiferi adulti non producono nuovi neuroni. Non è così, dice Morrow:

“Prove recenti suggeriscono che le cellule staminali neurali sono presenti nei mammiferi adulti, semplicemente non entrano nel ciclo e nella divisione cellulare. E ora sappiamo anche che una componente critica di una cellula staminale neurale, che entra nel ciclo cellulare, elimina le proteine​. Stiamo descrivendo un programma che hanno le cellule staminali neurali per eliminare le proteine con rapidità ed efficienza, e per entrare nel ciclo cellulare per essere sottoposte alla neurogenesi”.


Quel programma prevede la marcatura delle proteine ​​danneggiate, concentrandole in un punto nella cellula, e quindi portare i digestori in quel punto per scomporre le proteine ​​danneggiate. Per studiare il ruolo che ha la vimentina in questo programma, Morrow ha contrassegnato la proteina filamento con un marcatore fluorescente e ha anche studiato topi incapaci di produrre la vimentina.


Ha visto che, anche se le cellule staminali neurali possono comunque marcare e concentrare le proteine ​​danneggiate senza vimentina, avevano bisogno di questa proteina filamento per portare i proteasomi al posto giusto per eliminare tutte le proteine vecchie. Con una capacità ridotta di eliminare le proteine ​​accumulate, le cellule staminali neuronali andavano peggio nell'uscire dallo stato dormiente e nel produrre nuovi neuroni nei topi.


È una rinascita sorprendente per il ruolo della vimentina, che gli scienziati da tempo avevano assunto fosse in gran parte limitato ad aiutare le cellule a spostarsi e a dare supporto strutturale alla cellula. Vent'anni fa, dei ricercatori hanno sviluppato topi in grado di produrre vimentina, e sembravano a posto. Ma ora sta diventando chiaro che la vimentina è importante per rispondere a situazioni difficili, come l'invecchiamento o le tossine, che minacciano di rovinare le cellule con proteine ​​aggregate.


Le mutazioni nella vimentina sono state collegate a malattie negli esseri umani, come la cataratta e, in alcuni casi, all'invecchiamento accelerato. E le cellule tumorali si affidano alla vimentina quando cominciano a metastatizzare. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare come la vimentina influenza la salute cellulare, l'invecchiamento e le malattie negli esseri umani e in altri animali.


“Oltre a concentrarci sulle cellule staminali neurali come percorso verso terapie rigenerative, un ovvio passo successivo è indagare il ruolo della vimentina in altre malattie, come il cancro”, spiega la Moore. “Questo studio ci dà molto lavoro supplementare”.

 

 

 


Fonte: Eric Hamilton in University of Wisconsin–Madison (> English text) - Traduzione di Matteo Pellizzari.

Riferimenti: Christopher S. Morrow, Tiaira J. Porter, Nan Xu, Zachary P. Arndt, Kayla Ako-Asare, Helen J. Heo, Elizabeth A.N. Thompson, Darcie L. Moore. Vimentin Coordinates Protein Turnover at the Aggresome during Neural Stem Cell Quiescence Exit. Cell Stem Cell, 27 Feb 2020, DOI

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