Andare a fondo del destino cellulare

Dal punto di vista biologico, la cellula è la più piccola unità funzionale degli organismi viventi. Il numero di cellule nel corpo umano è gigantesco e varia da 10 a 100 trilioni, a seconda delle dimensioni e del peso del corpo. La maggior parte di queste cellule sono differenziate e svolgono funzioni specifiche nell'organismo. Altre cellule, note come cellule staminali, sono in grado di rinnovarsi indefinitamente dividendosi e di fornire una riserva di cellule differenziate. Questo perché la durata di vita di alcune cellule corporee è relativamente breve: ad esempio, alcuni globuli bianchi (leucociti) e piastrine (trombociti) muoiono dopo poche ore o pochi giorni, mentre i globuli rossi (eritrociti) dopo circa 4 mesi.

Cellule staminali ematopoietiche

Le cellule staminali del sangue nel midollo osseo producono milioni di nuove cellule del sangue ogni secondo. Queste cellule staminali del sangue sono cosiddette multipotenti; possono dare origine a tutti i tipi di cellule del sangue con funzioni diverse: globuli rossi, responsabili del trasporto dell'ossigeno, globuli bianchi responsabili della difesa immunitaria e piastrine, importanti per la coagulazione del sangue. Il modo in cui le cellule staminali ematopoietiche sviluppano i diversi tipi di cellule è ancora solo parzialmente compreso. Il percorso di differenziazione, cioè la decisione del tipo di cellula in cui si sviluppa, dipende da vari fattori esterni e interni.

Timm Schroeder, professore presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo, con sede a Basilea, e il suo team stanno studiando i fattori che giocano un ruolo nell'orientamento delle singole cellule del sangue. "La regolazione della direzione di differenziazione delle cellule staminali ematopoietiche è essenziale per il normale mantenimento quotidiano dell'ematopoiesi", spiega Schroeder. "Se non funziona correttamente, si sviluppano malattie potenzialmente letali come l'anemia e la leucemia. Vogliamo quindi comprendere meglio il meccanismo molecolare di questa regolazione".

Osservazione a livello molecolare

Il biologo cellulare e il suo team hanno analizzato come le cellule staminali del sangue si differenziano nei vari tipi di cellule del sangue e come le molecole nel nucleo della cellula (fattori di trascrizione) controllano questo complesso processo. In collaborazione con l'Helmholtz Zentrum München (Centro di ricerca per la salute ambientale), hanno sviluppato una nuova tecnica di microscopia per l'osservazione delle cellule, un'installazione speciale che ora è disponibile solo in pochissimi laboratori di cellule staminali in tutto il mondo.

I ricercatori si sono concentrati in particolare sulle due proteine GATA1 e PU.1. Queste svolgono un ruolo importante nella differenziazione dei globuli rossi. Queste svolgono un ruolo importante nella differenziazione delle cellule del sangue, spiega Timm Schroeder. "Sono fattori di trascrizione in grado di attivare o disattivare ampi programmi genetici con molti geni bersaglio. Questo li rende potenti regolatori del destino cellulare".

Potenziale promettente

Utilizzando la microscopia time-lapse, i ricercatori fondamentali sono stati in grado di osservare le cellule staminali ematopoietiche vive in fase di maturazione con una precisione senza precedenti e di quantificare le due proteine GATA1 e PU.1. "Per decenni si è pensato che questi due fattori di trascrizione prendessero le decisioni sul lignaggio delle cellule staminali ematopoietiche. Ora siamo riusciti a dimostrare che non è così e che altri meccanismi devono essere responsabili di queste decisioni", spiega Schroeder. La ricerca deve ora concentrarsi su altri meccanismi molecolari per comprendere la complessa differenziazione delle cellule staminali ematopoietiche".

Le malattie del sangue come la leucemia sono gravi disturbi del sistema ematopoietico del midollo osseo. Per comprendere meglio e trattare con successo queste malattie in futuro, è importante avere una conoscenza precisa dello sviluppo delle singole cellule del sangue. All'ETH di Zurigo è stata posata la prima pietra di questo progetto.