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Svelare il mistero delle cellule staminali

Come fanno le cellule a differenziarsi in neuroni o altri tipi di cellule? Tutte le cellule inizialmente sono cellule staminali indifferenziate con il potenziale di diventare qualsiasi cellula del corpo.

Fino ad ora, tuttavia, esattamente come ciò accade è rimasto un po’ un mistero scientifico. Una nuova ricerca condotta da neuroscienziati della UC Santa Barbara ha decifrato alcuni dei primi cambiamenti che si verificano prima che le cellule staminali si trasformano in neuroni e altri tipi di cellule.

Lavorando con cellule umane embrionali in una piastra di Petri, il borsista postdottorato Jiwon Jang ha scoperto un nuovo percorso che svolge un ruolo chiave nella differenziazione cellulare.

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I risultati della ricerca sono stati pubblicati nella rivista Cell.

“La scoperta di Jiwon è molto importante perché ci dà una comprensione fondamentale del modo in cui le cellule staminali lavorano e del modo in cui cominciano a subire la differenziazione. Questa scoperta rappresenta un pezzo fondamentale della conoscenza che mancava in questo settore”, ha spiegato l’autore senior Kenneth S. Kosik, Professore di Neuroscienze presso il Dipartimento di Biologia molecolare della University of California, Cellular e Developmental Biology.

Quando le cellule staminali cominciano a differenziarsi, formano dei precursori chiamati neuroectoderma che è il tessuto embrionale da cui ha origine il sistema nervoso e che ha il potenziale di diventare cellule cerebrali come ad esempio i neuroni o mesendoderma, che alla fine diventano cellule che compongono gli organi, muscoli, sangue e ossa.

Jang ha scoperto un certo numero di passi lungo quello che lui e Kosik hanno etichettato come l’asse PAN  (Primary cilium, Autophagy Nrf2). Questo percorso di recente identificato,sembra determinare la forma finale di una cellula staminale.

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“L’asse PAN gioca un ruolo molto importante nelle decisioni del destino delle cellule”, ha spiegato Jang. “La fase G1 (G come gap, in inglese “intervallo”) è in citologia la prima fase del ciclo cellulare che dà inizio all’ interfase in cui la cellula raddoppia le sue dimensioni e aumenta anche il numero di enzimi e organuli (come gli apparati di Golgi e i lisosomi). G1 induce l’ allungamento delle protrusione ciliari e più a lungo queste antenne cellulari sono esposte e più segnali possono raccogliere”.

Da qualche tempo è noto agli scienziati che Gap 1 (G1) rappresenta la prima delle quattro fasi del ciclo cellulare, ma non era chiaro il suo ruolo nella differenziazione delle cellule staminali. La ricerca di Jang dimostra che nelle cellule staminali destinate a diventare neuroni, la fase di allungamento indotta da G1 innesca altre azioni che portano le cellule staminali a trasformarsi in neuroectoderma.

Durante questo intervallo G1, le cellule sviluppano ciglia primarie simili ad antenna o sporgenze in grado di percepire il loro ambiente. Le ciglia attivano il sistema di smaltimento dei rifiuti delle cellule in un processo noto come autofagia.

Un altro fattore importante è Nrf2, che monitora le molecole pericolose per le cellule, come i radicali liberi, un lavoro particolarmente importante per la formazione di cellule sane. Nrf2 o fattore di trascrizione nucleare eritroide-2 (Nrf2 è codificato nell’uomo dal gene NFE2L2) è un fattore di trascrizione che regola l’espressione genica di una grande varietà di enzimi citoprotettivi antiossidanti e della fase II di disintossicazione. Nrf2 svolge un ruolo fondamentale nel sistema di difesa cellulare contro gli stress ambientali ARE-dipendenti. ( ARE è un elemento promotore che si trova in molti geni citoprotettivi)

“Nrf2 è come un guardiano della cellula e si assicura che essa funzioni correttamente”, ha spiegato Kosik, co-Direttore dell’Istituto di Neuroscienze dell’Università. “Livelli di Nrf2 sono molto alti nelle cellule staminali perché le cellule staminali sono il futuro dello sviluppo del corpo e senza Nrf2 l’integrità del genoma potrebbe essere a rischio”.

Il lavoro di Jang ha mostrato che i livelli di Nrf2 iniziano a diminuire durante l’intervallo G1. ” Ciò è significativo”,ha osservato Kosik, ” perché Nrf2 di solito non diminuisce finché la cellula non ha già iniziato a differenziarsi”.

“Avevamo pensato che, alle stesse condizioni, se le cellule sono identiche, avrebbero dovuto differenziarsi allo stesso modo, ma non è quello che abbiamo scoperto”, ha detto Jang. ” Il destino delle cellule è controllato dall’allungamento di G1 che estende l’esposizione di delle ciglia ai segnali del loro ambiente. Questo è il concetto di fondo implicato nella differenziazione cellulare”.

Fonte: UC Santa Barbara

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