Un lungo insieme di canali che divide i biologi

Ogni libro di biologia riporta che alcune cellule producono estensioni filiformi che costituiscono un sostegno temporaneo per i movimenti della cellula. Ciò che sta emergendo dalle ricerche effettuate negli ultimi anni contribuisce a ipotizzare un ruolo più complesso: strutture attraverso cui possono passare molecole e segnali. Questa ipotesi divide la comunità dei biologi, ma secondo i sostenitori può spiegare la rapida diffusione nell'organismo di virus come l'HIV e in futuro potrebbe essere utile per strategie terapeutiche.
Laura Mosca, 10 Ottobre 2017
Micron
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Biologia Molecolare

Ogni libro di biologia riporta che alcune cellule producono estensioni filiformi che costituiscono un sostegno temporaneo per i movimenti della cellula. Ciò che sta emergendo dalle ricerche effettuate negli ultimi anni contribuisce a ipotizzare un ruolo più complesso di queste strutture. Già nel 1999, il biologo cellulare Thomas Kornberg dell’Università della California a San Francisco suggerì che alcune comunicazioni cellulari che si pensava avvenissero per semplice diffusione delle molecole nello spazio intercellulare in realtà potrebbero essere espletate dai citonemi, filamenti cellulari che lo scienziato osservò mentre studiava lo sviluppo delle ali in larve di moscerino.
Da allora numerosi gruppi di ricercatori si sono pronunciati in favore o contro questa ipotesi: i detrattori si chiedono se le osservazioni fatte dai colleghi siano reali o semplici graffi sulle piastre di Petri utilizzate per le colture cellulari, o infine se non siano artefatti di laboratorio che non possano trovare riscontro nella realtà.
Nel frattempo le prove dell’esistenza dei filamenti si sono fatte sempre più sostanziose: nel 2004 due gruppi di ricerca pubblicarono separatamente osservazioni della presenza di nanotubi in cellule di mammiferi che sembrava fossero addirittura in grado di movimentare avanti e indietro carichi, come organuli e vescicole. Omettendo per errore un lavaggio durante un esperimento, Amin Rustom, neurobiologo dell’Università di Heidelberg, individuò tubuli sottili e rettilinei che collegavano le cellule di ratto in coltura. Insieme al suo tutor Hans-Hermann Gerdes, ingegnerizzò le cellule affinché producessero proteine fluorescenti e osservò che tali molecole erano in grado di muoversi da una cellula all’altra. I due scienziati pubblicarono il risultato dei loro esperimenti sulla rivista scientifica Science descrivendo le strutture filamentose come “autostrade nanotubolari”.
Nello stesso anno, Daniel Davis dell’Imperial College di Londra identificò reti di “nanotubi di membrane”, filamenti della membrana esterna delle cellule che si estendevano per diverse lunghezze cellulari in modo da collegare diversi tipi di cellule immunitarie. Negli anni successivi il suo gruppo continuò a descrivere differenti tipi di nanotubi, alcuni dei quali contenenti i lipidi prodotti da una cellula che comparivano così sulla superficie di un’altra; in altri erano presenti vescicole e mitocondri; altri ancora contenevano batteri che scorrevano sull’involucro cellulare.

L’INTERNET DELLE CELLULE CHE POTREBBE FAVORIRE IL DIFFONDERSI DI TUMORI E INFEZIONI
Nel frattempo, altri laboratori hanno annunciato di aver osservato tubuli di collegamento cellulare in neuroni, cellule epiteliali, cellule staminali mesenchimali, diversi tipi di cellule immunitarie e persino nei tumori. Nel 2010, Gerdes e colleghi hanno identificato la presenza di tubuli nelle giunzioni comunicanti (gap junction) che conferiscono ai neuroni la capacità d’inviare segnali elettrici e che possono anche trasferire peptidi e molecole di RNA.
Nel 2015 il gruppo di Yukiko Yamashita, biologa dello sviluppo dell’Università del Michigan Ann Arbor, osservò misteriosi spostamenti di proteine mentre studiava gli spermatozoi del moscerino della frutta. In seguito identificarono, nelle immagini riprese al microscopio, sottili strutture che sembravano connettere le cellule tra di loro. Pubblicarono le loro scoperte su Naturesostenendo che i tubuli permettono alle cellule dei testicoli di comunicare con precisione, inviando messaggi specificamente ad alcune cellule vicine e non ad altre.
Nel complesso queste ricerche suggeriscono l’esistenza di un imprevisto livello di connettività tra le cellule: i tubuli più lunghi, osservati nelle cellule di mammiferi, sembrano trasportare non solo segnali molecolari ma carichi molto più grandi, come particelle virali, prioni o addirittura mitocondri, le strutture che nelle cellule generano energia.
Se l’ipotesi del traffico mediante nanotubi venisse confermata ciò modificherebbe l’approccio nelle applicazioni mediche e in biologia. Nonostante lo scetticismo ancora presente nella comunità scientifica, alcune aziende farmaceutiche come la GlaxoSmithKline (GSK) di Stevenage, nel Regno Unito stanno scommettendo su questo approccio. Secondo il direttore George Okafo le protuberanze da cellula a cellula potrebbero spiegare perché malattie come Alzheimer, Parkinson e malaria, così come HIV e infezioni da prioni, siano tanto difficili da curare e potrebbero costituire un bersaglio che al momento non è contemplato da molte terapie convenzionali.
In un altro articolo pubblicato sempre su Nature nel 2015 il gruppo dell’Università di Heidelberg, guidato dall’oncologo Frank Winkler, studiando la crescita dei gliomi umani, iniettò cellule tumorali nel cervello di topi e le sottopose a radiazioni. Osservarono così che le cellule tumorali producevano molti tubuli che collegavano le cellule attraverso le giunzioni comunicanti. Le cellule interconnesse riuscivano a sopravvivere a dosi di radiazioni che uccidevano cellule isolate, poiché le giunzioni comunicanti distribuivano il carico di ioni tossici alle cellule vicine.
Questi “microtubuli tumorali” sono stati scoperti anche in biopsie di pazienti, e i tubuli più densi e più lunghi sono risultati correlati a forme più resistenti di cancro e prognosi infausta. Per questo farmaci in grado di inibire la formazione o lo sviluppo di questi tubuli potrebbero costituire una nuova classe di trattamenti per il cancro.
Non è chiaro se i risultati di Winkler si possano applicare anche ad altri scenari; nel frattempo però i tubuli sono sempre più considerati anche in altri settori come ad esempio nello studio dell’HIV. Si ipotizza che le cellule infettate da HIV producano molteplici nanotubi pieni di virus allo scopo di raggiungere le cellule non infette: la circolazione e il contatto cellulare infatti sarebbero troppo inefficienti per spiegare la rapida diffusione del virus osservata nei pazienti appena infettati.

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