• Jette Lengefeld. Raleigh McElvery e Sebastian Swanson. Per gentile concessione del MIT.

Più grande non significa migliore

I biologi del MIT mostrano che l'ingrandimento delle cellule staminali del sangue limita la loro capacità di generare nuove cellule ematiche durante l'invecchiamento.

di Anne Trafton 14-11-21
Su MIT News, i biologi del MIT hanno risposto a un'importante domanda biologica: perché le cellule controllano le loro dimensioni? Le cellule dello stesso tipo hanno dimensioni uniformi, mentre le dimensioni delle cellule differiscono tra i diversi tipi di cellule. Ciò solleva la questione se la dimensione delle cellule sia importante per la fisiologia cellulare.

Il nuovo studio indica che la grandezza cellulare determina un declino della funzione delle cellule staminali. I ricercatori hanno scoperto che le cellule staminali del sangue, che sono tra le cellule più piccole del corpo, perdono la capacità di svolgere la loro normale funzione di reintegrazione delle cellule ematiche del corpo man mano che crescono. Tuttavia, quando le cellule sono state ripristinate alle loro dimensioni normali, si sono comportate di nuovo normalmente.

I ricercatori hanno anche scoperto che le cellule staminali del sangue tendono ad ingrandirsi con l'età. Il loro studio mostra che questo allargamento contribuisce al loro declino nel corso dell'invecchiamento. "Ci siamo resi conto che di come la grandezza cellulare rappresenti un nuovo fattore di invecchiamento in vivo e ora vogliamo capire se possiamo sfruttare la scoperta per ritardare l'invecchiamento e le malattie legate all'invecchiamento", afferma Jette Lengefeld, ricercatrice dell'Università di Helsinki, autrice dello studio apparso su “Science Advances”. (Si veda link)

Effetti fuori misura

È noto dagli anni 1960 che le cellule umane cresciute in un piatto da laboratorio si ingrandiscono quando diventano senescenti, uno stato cellulare non divisorio associato all'invecchiamento. Ogni volta che una cellula si divide, può subire danni al DNA. Quando ciò accade, la divisione viene interrotta per riparare il danno. Durante ciascuno di questi ritardi, la cellula diventa leggermente più grande. 

Molti scienziati credevano che questo allargamento fosse semplicemente un effetto collaterale dell'invecchiamento, ma il laboratorio di Amon ha iniziato a studiare la possibilità che le grandi dimensioni delle cellule guidino le perdite di funzione legate all'età. Per studiare come le dimensioni influenzano queste cellule staminali, i ricercatori hanno danneggiato il loro DNA, portando ad un aumento delle loro dimensioni. Hanno quindi confrontato queste cellule ingrandite con altre cellule che hanno subito danni al DNA, ma non hanno potuto aumentare di dimensioni a causa di un farmaco chiamato rapamicina.

Dopo il trattamento, i ricercatori hanno misurato la funzionalità di questi due gruppi di cellule staminali iniettandole in topi a cui erano state eliminate le cellule staminali del sangue. Ciò ha permesso ai ricercatori di determinare se le cellule staminali trapiantate erano in grado di ripopolare le cellule del sangue del topo.

Hanno così scoperto che le cellule staminali danneggiate dal DNA e ingrandite non erano in grado di produrre nuove cellule ematiche. Tuttavia, le cellule staminali danneggiate dal DNA che sono state mantenute piccole erano ancora in grado di produrre nuove cellule del sangue.

In un altro esperimento, i ricercatori hanno utilizzato una mutazione genetica per ridurre le dimensioni delle grandi cellule staminali presenti in natura che hanno trovato nei topi più anziani. Hanno dimostrato che se inducevano queste grandi cellule staminali a diventare di nuovo piccole, le cellule riacquistavano il loro potenziale rigenerativo e si comportavano come cellule staminali più giovani.

"Questa è una prova lampante a sostegno del modello che le dimensioni sono importanti per la funzionalità delle cellule staminali", afferma Lengefeld. “Quando danneggiamo il DNA delle cellule staminali ma rimangono piccole, mantengono la loro funzionalità. Se riduciamo le dimensioni delle grandi cellule staminali, possiamo ripristinare la loro funzione”.

Fino ad ora, studiare la funzione delle dimensioni delle cellule è stato difficile, afferma Jan Skotheim, professore di biologia alla Stanford University. "Sappiamo che le cellule, attraverso vari meccanismi, operano per mantenere le loro dimensioni entro un intervallo specifico, ma non abbiamo davvero capito perché", afferma Skotheim, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo studio è davvero il primo lavoro che mostra la funzione della dimensione cellulare in qualsiasi animale".

Mantenere le cellule piccole

Quando i ricercatori hanno trattato i topi con rapamicina, a partire dalla giovane età, sono stati in grado di impedire alle cellule staminali del sangue di ingrandirsi man mano che i topi invecchiavano. Le cellule staminali del sangue di quei topi sono rimaste piccole e sono state in grado di costruire cellule del sangue come le cellule staminali giovani anche nei topi di 3 anni di età, che sono molti per un topo.

La rapamicina, un farmaco che può inibire la crescita cellulare, è ora utilizzata per trattare alcuni tumori e per prevenire il rigetto del trapianto di organi e ha suscitato interesse per la sua capacità di prolungare la durata della vita nei topi e in altri organismi. Può essere utile per rallentare l'allargamento delle cellule staminali e quindi potrebbe avere effetti benefici negli esseri umani, dice Lengefeld.

"Se troviamo farmaci specifici per ridurre nuovamente le cellule staminali del sangue di grandi dimensioni”, continua, “possiamo verificare se ciò migliora la salute delle persone che soffrono di problemi al sistema sanguigno - come anemia e un sistema immunitario ridotto - o forse anche aiutare le persone con leucemia".

A conferma dei dati precedenti, la ricerca ha anche dimostrato l'importanza delle dimensioni in un altro tipo di cellule staminali: le cellule staminali intestinali. Si è scoperto che le cellule staminali più grandi erano meno in grado di generare organoidi intestinali, che imitano la struttura del rivestimento intestinale.

(rp)