Rigenerazione dei tessuti dei vertebrati è un fenomeno elettrico

28 March 2014

Gli scienziati sono da sempre incuriositi dal motivo per cui alcuni animali possono rigenerare i tessuti dopo una perdita grave, o amputazione, di organi, mentre altri, come gli esseri umani, non possono che rinnovare alcune strutture.

In uno studio appena pubblicato su PLoS ONE, un gruppo di ricerca dell'Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) in Portogallo, guidato da Joaquín Rodríguez León, ha fornito nuovi indizi per risolvere questa questione centrale, indagando sulla rigenerazione in un modello vertebrato adulto: il pesce-zebra.

Si sapeva che lo pesce-zebra è in grado di rigenerare gli organi, e che la corrente elettrica può avere un ruolo in questo processo, ma i meccanismi esatti erano ancora poco chiari. Usando sia la biofisica che gli approcci molecolari, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che il pesce-zebra rigenera la pinna caudale con un processo che coinvolge un canale specifico nella membrana cellulare, chiamato V-ATPasi, che pompa ioni idrogeno (H+) fuori delle cellule, generando una corrente elettrica.

Capire questi meccanismi che sono alla base della rigenerazione dei tessuti adulti può essere determinante per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche, sia in medicina rigenerativa che in quella dello sviluppo. La rigenerazione cellulare è una caratteristica biologica di tutti gli organismi viventi, con un ruolo importante nella crescita, nelle guarigioni delle ferite, nella riparazione dei tessuti e in simili funzioni biologiche. Gli scienziati stanno studiando gli aspetti molecolari che sottostanno alla rigenerazione per capire perché alcuni animali hanno la capacità di far ricrescere intere strutture dei tessuti dopo un'amputazione o un infortunio, mentre gli esseri umani possono solo rigenerare alcuni organi, come il fegato o la pelle.

L'approccio è stato finora di esaminare i geni e le proteine, e solo più recentemente si è iniziato ad indagare sulla rilevanza dei segnali bioelettrici. I ricercatori del laboratorio di Joaquín Rodríguez León si erano prefissati di analizzare il contributo dei diversi flussi di ioni nella membrana cellulare, sia verso l'interno che verso l'esterno, durante la rigenerazione della pinna caudale del pesce-zebra. Essi hanno scoperto che nel processo rigenerativo agisce solo il trasporto di atomi caricati di idrogeno (H+).

Può essere rilevante perché:

L'Alzheimer comporta la morte di un numero molto rilevante di cellule cerebrali.

Nel momento in cui, si spera, verrà trovato un modo per fermare la malattia, si porrà il problema di rigenerare le cellule già morte.

Capire la rigenerazione cellulare è quindi fondamentale per completare il processo di guarigione dall'Alzheimer, se e quando sarà iniziato.

Il gruppo di ricerca ha osservato che questo trasporto avviene tramite il V-ATPasi, che forma un canale nella membrana cellulare e pompa l'H+ fuori dalla cellula. I ricercatori hanno scoperto che l'attività di questo segnale elettrico è necessario in diversi aspetti della normale rigenerazione, ossia per l'espressione di geni cruciali, per la formazione di una massa di cellule capaci di crescere e rigenerarsi, e per la corretta innervazione del tessuto. I ricercatori hanno scoperto che questa corrente elettrica è importante anche per coordinare altre proteine che possono determinare una memoria posizionale, per assicurare la corretta rigenerazione del tessuto danneggiato.

Joaquín Rodríguez-León dice: "Gli scienziati usano diverse strategie per svelare i meccanismi alla base della rigenerazione e applicare questa conoscenza alla futura pratica clinica. Alcune squadre stanno studiando il potenziale delle cellule staminali e altri cercano di capire perché alcuni animali possono rigenerarsi. Il nostro team contribuisce a capire come il macchinario cellulare, che è simile in tutti i vertebrati, può rigenerare una struttura in un animale. Deve essere «acceso» un macchinario cellulare particolare e questo è quello che cerchiamo di capire. Usando il pesce-zebra come modello, abbiamo trovato che una caratteristica essenziale delle cellule (dinamica degli ioni), contribuisce alla rigenerazione degli arti. In particolare, abbiamo scoperto che gli ioni H+ (protoni) contribuiscono attivamente per creare una corrente elettrica che è necessaria per la rigenerazione corretta".

Questa ricerca è stata sviluppata in collaborazione con i ricercatori dell'Instituto de Medicina Molecolare, Centro de Estudos de doenças Crónicas e Champalimaud Foundation. Joaquín Rodríguez-León è ricercatore del CIG e della Faculdade de Medicina alla Universidad de Extremadura (Spagna). Questa ricerca è stata finanziata dalla Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, Portogallo) e dall'Unione Europea.

Fonte: Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Joana Monteiro, Rita Aires, Jörg D. Becker, António Jacinto, Ana C. Certal, Joaquín Rodríguez-León. V-ATPase Proton Pumping Activity Is Required for Adult pesce-zebra Appendage Regeneration. PLoS ONE, 2014; 9 (3): e92594 DOI: 10.1371/journal.pone.0092594

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