Ricerche

Come può una cellula specializzata cambiare la sua identità?

Un team dell'Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (CNRS/INSERM/Université de Strasbourg) ha studiato un esempio naturale di questo fenomeno, efficace al 100%, che si chiama transdifferenziazione.

Tale processo, mediante il quale alcune cellule perdono le loro caratteristiche per acquisire una nuova identità, potrebbe essere coinvolto più in generale nella rigenerazione di tessuti o organi dei vertebrati, ed è una strada promettente di ricerca per la medicina rigenerativa.

Questo studio identifica il ruolo dei fattori epigenetici coinvolti in questa conversione, sottolinea la natura dinamica del processo, e mostra i meccanismi chiave per una transdifferenziazione efficace. Questo lavoro, condotto in collaborazione con l'Institut Curie, è stato pubblicato il 15 agosto 2014 su Science.

Il nostro corpo è costituito da cellule che hanno acquisito le loro caratteristiche durante lo sviluppo e che soddisfano una precisa funzione in ogni organo: sono chiamiate cellule differenziate. Generalmente le cellule mantengono la loro specificità fino alla morte, ma è stato dimostrato che alcune cellule possono cambiare stato e acquisire nuove funzioni. Questo è raro, ma si trova in molte specie e si chiama "transdifferenziazione".

Il team ha studiato questo processo nel C.elegans, un piccolo nematode trasparente, dove una cellula rettale si trasforma naturalmente in un motoneurone. Questo cambiamento da un tipo cellulare ad un altro avviene senza divisione cellulare, con una successione di fasi ben definite che portano sempre allo stesso risultato. I ricercatori hanno studiato i fattori che rendono così stabile il processo di conversione.

Il team aveva chiarito il ruolo dei diversi fattori di trascrizione [proteine necessarie per la conversione del DNA in RNA] in questo transdifferenziamento. Ma questi nuovi risultati hanno dimostrato il ruolo dei cosiddetti fattori "epigenetici" che possono modulare l'espressione genica. Nel meccanismo sono coinvolti due complessi proteici. Questi enzimi agiscono su un istone [proteina nel nucleo, attorno alla quale si avvolge il DNA] e quando una mutazione cambia la loro azione, la transdifferenziazione si arresta e la cellula rettale non si trasforma più in un neurone.

I ricercatori hanno osservato che i due complessi agiscono in diverse fasi e che il loro ruolo può variare in funzione dei fattori di trascrizione con cui sono associati. Questi risultati sottolineano l'importanza di una corretta catena di passaggi per ciascuna di queste molecole: la natura dinamica del meccanismo di transdifferenziazione è essenziale per la sua stabilità.

Il ruolo rispettivo dei fattori genetici ed epigenetici nei processi biologici è un argomento molto dibattuto. Questo lavoro dimostra come ciascuno di questi fattori agisce nel transdifferenziamento: i fattori di trascrizione gestiscono l'avvio e lo svolgimento mentre i fattori epigenetici garantiscono il risultato costante.

Lo studio va anche oltre, dimostrando che, in condizioni "normali", i fattori epigenetici sono incidentali (anche quando essi sono assenti la conversione avviene in modo relativamente efficiente), ma sono indispensabili quando ci sono fattori di stress ambientali. Per cui hanno un ruolo cruciale nel massimizzare l'efficacia del meccanismo e garantire che esso rimanga stabile a fronte di variazioni esterne.

La transdifferenziazione è un fenomeno che è poco conosciuto. Può essere coinvolto nella rigenerazione degli organi osservati in alcuni organismi, per esempio nei tritoni, che possono ricostruire la loro lente dell'occhio dopo un infortunio. Questi risultati portano nuove informazioni chiave per aiutarci a capire come controllare questo processo e può aprire la strada a terapie promettenti, in particolare nel campo della medicina rigenerativa.

Fonte:  CNRS - Délégation Paris Michel-Ange  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  S. Zuryn, A. Ahier, M. Portoso, E. R. White, M.-C. Morin, R. Margueron, S. Jarriault. Sequential histone-modifying activities determine the robustness of transdifferentiation. Science, 2014; 345 (6198): 826 DOI: 10.1126/science.1255885

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