Semnalul care duce la autodistrugerea celulelor, descoperit de cercetători

Celulele organelor umane urmează procese riguroase în timpul dezvoltării, procese care le duc exact acolo unde acestea trebuie să ajungă. Iar aceste procese includ și autodistrugerea celulelor.

Majoritatea inimilor umane arată aproape identic: celule musculare în aceleași locuri, structuri ale vaselor de sânge în aceleași orientări. Organele precum inima sau stomacul arată la fel și funcționează la fel în organismele individuale dintr-o specie, datorită proceselor amintite mai sus.

• Cum și-a salvat Pământul apa de la distrugere totală în urmă cu 4,6 miliarde de ani
• Sonda MAVEN se rotește neputincioasă după ce s-a pierdut contactul

Procesul de dezvoltare presupune nenumărați pași care trebuie să se desfășoare într-o ordine și o manieră exacte. Laboratorului profesoarei de biologie Angela Stathopoulos, de la Caltech, se concentrează exact pe studierea acestor pași complicați. Laboratorul folosește ca sistem model musculițele de oțet, care au un ciclu de dezvoltare de 24 de ore, cu schimbări semnificative observabile aproape în fiecare minut, scrie Phys.org.

Musculițele de oțet, studiate pentru a înțelege mai bine autodistrugerea celulelor

O nouă lucrare de la laboratorul lui Stathopoulos examinează celulele mezodermului visceral caudal (CVM), care în cele din urmă vor deveni fibre musculare în intestinul musculiței de oțet. Aceste celule migrează din spatele embrionului aflat în curs de dezvoltare către fața acestuia în decurs de 6 ore, aceasta fiind cea mai lungă distanță de migrare din toată embriogeneza musculițelor de oțet.

Noua cercetare identifică mecanismele care se asigură de autodistrugerea celulelor rătăcitoare, printr-un mecanism specific de moarte celulară numit anoikis.

Interesant este că rezistența la anoikis este un precursor al multor tipuri de cancere metastatice. Înțelegerea căilor care ghidează anoikis-ul sănătos poate oferi în cele din urmă o perspectivă asupra modului în care cancerele metastazează și de ce invadează anumite părți ale corpului.

„Moartea celulară este o parte normală și sănătoasă a dezvoltării. Celula care migrează trebuie să ia în mod constant decizii și să-și dea seama dacă se află în locul potrivit în corp. Dacă nu este în locul potrivit, trebuie să se autodistrugă. Acum am determinat căile prin care celula poate face asta”, spune Stathopoulos.

Cum funcționează mecanismul de autodistrugere a celulelor?

Lucrarea a apărut online, în revista Developmental Cell, pe 15 iunie. Prim autor al studiului este Frank Macabenta, cercetător postdoctoral senior asociat de cercetare în biologie și inginerie biologică la Caltech.

Celulele CVM nu sunt singure în lunga lor călătorie prin embrionul musculiței de oțet. Aceste 40-50 de celule urmează un fel de traseu care este alcătuit dintr-un tip diferit de celule, numite TVM. Celulele TVM emit un semnal chimic numit factor de creștere a fibroblastelor (FGF), care îi permite unei celule CVM să știe că se află în locul potrivit.

La mijlocul migrării lor, celulele CVM trebuie să navigheze în jurul unei curbe ascuțite a embrionului, care este aproximativ în formă de U. În acest moment, celulele CVM încep să prolifereze, așteptându-se că vor ajunge în curând la sfârșitul călătoriei lor, când va fi timpul să înceapă să construiască mușchi.

Problema este că atunci când celulele încep să se înmulțească, unele încep să iasă de pe traseul TVM. Cercetătorii au observat anterior că acesta este punctul în care aceste celule pierdute vor iniția anoikis, ceea ce va duce la autodistrugerea celulelor.

Gena implicată în autodistrugerea celulelor

O genă numită hid este responsabilă pentru anoikis. Când hid este exprimată într-o celulă, celula va muri. În noua lucrare, Macabenta a descoperit că celulele CVM încep să exprime hid pe măsură ce se deplasează în curba embrionului, dar nu mor, cu excepția cazului în care ies de pe traseul TVM.

Echipa a descoperit că acest lucru este posibil datorită semnalelor FGF, care acționează ca antidot pentru hid: dacă o celulă iese de pe traseu și, prin urmare, nu mai primește semnale FGF, va muri; poate rămâne în viață, în ciuda faptului că hid este exprimat atât timp cât rămâne pe drumul cel bun. În acest fel, embrionul se poate asigura că orice celule capricioase se vor autodistruge, în timp ce celulele care funcționează corect vor scăpa.

În cele din urmă, echipa a descoperit că o anumită cale, numită calea proteinei morfogenetice osoase (BMP), controlează momentul în care încep să prolifereze celulele. Semnalizarea BMP pornește exact atunci când celulele se află în virajul în formă de U, aproximativ la mijlocul migrării lor. Acest semnal este cel care le permite celulelor să se multiplice și să crească în număr.

Semnalul transmis de gena hid

Celulele au un „ceas” intern, cunoscut sub numele de ciclu celular, care controlează timpul de creștere, multiplicarea ADN-ului și diviziunea celulară (mitoză).

Echipa a descoperit că momentul exprimării hid este legat de progresia ciclului celular și, atunci când acesta este întrerupt, hid nu mai este exprimat la punctul potrivit în timpul migrării celulei.

Semnalizarea BMP este necesară pentru a-i permite ciclului celular să avanseze prin mitoză și, prin urmare, este necesară și pentru sincronizarea expresiei precise a hid, deoarece celulele care nu reușesc să se dividă nu sunt capabile să exprime hid în timp util pentru a elimina celulele pierdute.

Este esențial ca celulele să poată avea aceste mecanisme programate de control al calității, deoarece celulele rătăcite pot dăuna dezvoltării corespunzătoare a restului organismului.

„Planul B”

„Atunci când am îndepărtat gena hid, celulele care au ieșit de pe traseu au supraviețuit și au invadat și perturbat sistemul nervos central, acolo unde chiar nu ar trebui să fie”, spune Macabenta.

„Nu mai sunt pe calea corectă, așa că revin la un fel de ‘plan B’ în care găsesc o locație pentru care au o anumită afinitate. Privind la autopsiile persoanelor care au avut cancer metastatic, de obicei celulele metastazante vor merge să colonizeze anumite locuri”, continuă el.

„Cercetările noastre ne ajută să înțeleg cum funcționează acest lucru, cum ‘deraiază’ celulele și să ne dăm seama care este ‘al doilea cel mai bun’ semnal de urmat. În lucrările viitoare, am dori să vedem ce alte semnale sau indicii urmăresc celulele CVM care le conduc la sistemul nervos central. Acest lucru ar putea explica de ce anumite tipuri de metastaze colonizează preferenţial alte ţesuturi”, a încheiat cercetătorul.

Vă recomandăm să citiți și:

Toți pacienții dintr-un studiu au intrat în remisiune după ce au primit un tratament experimental împotriva cancerului

Cât de mult afectează alimentele ultra-procesate sănătatea? Mai multă chimie decât mâncare

Vești proaste pentru fumători! Țigările dublează riscul de apariție a insuficienței cardiace

Arabia Saudită vrea să investească 1 miliard de dolari pe an în cercetarea anti-îmbătrânire