Uno degli obiettivi fondamentali della biologia di base è comprendere come diversi tipi di cellule lavorano di concerto per formare tessuti, organi e sistemi di organi. I recenti sforzi per catalogare i diversi tipi di cellule in ogni tessuto del nostro corpo rappresentano un passo nella giusta direzione, ma solo un pezzo del puzzle. Il grande mistero di come queste cellule comunicano tra loro rimane irrisolto.
Ora, un nuovo documento in arrivo Natura descrive uLIPSTIC, uno strumento in grado di gettare le basi per una mappa dinamica che traccia le interazioni fisiche tra diverse cellule: l’elusivo interattoma cellulare. Gli autori stanno perfezionando la tecnologia dal 2018 e l’ultima iterazione può in linea di principio consentire ai ricercatori di osservare direttamente qualsiasi interazione cellula-cellula in vivo.
“Con uLIPSTIC possiamo chiederci come le cellule lavorano insieme, come comunicano e quali messaggi trasferiscono”, afferma Gabriel D. Victora del Rockefeller. “Ecco dove risiede la biologia.”
Bacia e scappa
Da quando è stato introdotto il sequenziamento dell’mRNA di una singola cellula, i ricercatori si sono affannati per collegare i punti e spiegare come cellule diverse si uniscono per formare il tessuto. Sono già emersi diversi metodi per catalogare le interazioni cellula-cellula, ma tutti presentano notevoli carenze. I primi sforzi che prevedevano l’osservazione diretta al microscopio non sono riusciti a recuperare le cellule interagenti per ulteriori analisi; i tentativi successivi si sono basati su tecniche di imaging avanzate che intuiscono come le cellule potrebbero interagire in base alla loro struttura e alla vicinanza ad altre cellule. Nessun approccio ha catturato le reali interazioni fisiche e lo scambio di segnali tra le membrane cellulari.
Entra in LIPSTIC, un approccio innovativo del laboratorio Victora che prevedeva l’etichettatura delle strutture cellulari che si toccano quando due cellule stabiliscono un fugace contatto “bacia e scappa” prima di separarsi. Le etichette assicuravano che, se una cellula ne “baciasse” un’altra, lascerebbe un segno simile a un rossetto, consentendo una facile identificazione e quantificazione delle interazioni fisiche tra le cellule.
Originariamente la piattaforma aveva applicazioni ristrette. Victora e colleghi hanno progettato LIPSTIC per registrare un tipo molto specifico di interazione cellula-cellula tra cellule T e cellule B, uno degli obiettivi principali del loro laboratorio. Altri ricercatori, tuttavia, hanno iniziato a chiedere a gran voce una versione di LIPSTIC che funzionasse anche su altre interazioni cellulari. “Avremmo potuto personalizzare un LIPSTIC per ogni tipo di interazione”, afferma Victora. “Ma perché non provare invece a realizzare una versione universale?”
Mappare ogni interazione
Nella versione originale di LIPSTIC, una cellula “donatrice” utilizza un enzima preso in prestito dai batteri per posizionare un tag peptidico etichettato sulla superficie di una cellula “accettrice” al contatto – l’equivalente biochimico di applicare il rossetto su una cellula e cercare un bacio stampato su un altro. Quel metodo richiedeva di sapere esattamente come sarebbe avvenuto il “bacio”, identificando le molecole che la cellula donatrice utilizza per interagire con le cellule riceventi e forzando scrupolosamente i tag su quelle molecole. Ma col tempo il team ha scoperto che inondare le cellule con un volume elevato di enzima e del suo bersaglio avrebbe garantito che qualsiasi interazione che una cellula aveva con un’altra cellula sarebbe stata monitorata in modo altrettanto efficiente.
“Se si riempiono le cellule partner di abbastanza enzima e bersaglio, è possibile rendere qualsiasi coppia di cellule capace di etichettatura LISPTIC senza dover sapere in anticipo quali molecole queste cellule utilizzeranno per la loro interazione”, afferma Victora.
Il risultato è stato uLIPSTIC, una piattaforma universale non vincolata dalla conoscenza anticipata di molecole, ligandi o recettori. Gli scienziati ora possono teoricamente spalmare uLIPSTIC su qualsiasi cellula, senza nozioni preconcette su come interagirebbe con il suo ambiente, e osservare le interazioni fisiche cellula-cellula. Per dimostrare la potenza della piattaforma, il team ha dimostrato che uLIPSTIC potrebbe espandersi oltre il ristretto repertorio di cellule B e cellule T di LIPSTIC per monitorare il modo in cui le cellule dendritiche avviano la risposta immunitaria del corpo contro tumori e allergeni alimentari.
“L’accoglienza di uLIPSTIC è stata grandiosa”, afferma Sandra Nakandakari-Higa, dottoranda presso il laboratorio Victora e autrice principale dell’articolo. “Stiamo già ricevendo molte richieste da altri laboratori su come adattare il nostro sistema ai loro modelli.”
Il team spera di utilizzare uLIPSTIC per scoprire le coppie recettore-ligando fondamentali per le interazioni cellulari, nel tentativo di comprendere meglio come le cellule si uniscono nei tessuti a livello molecolare. Alla fine, il team immagina che uLIPSTIC sia uno strumento chiave nel tentativo di generare atlanti completi che descrivano come le cellule interagiscono per formare il tessuto, una chiave per l’interattoma tanto atteso.
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