Prove di forza a livello cellulare: le cellule sono in costante competizione tra loro e quindi eliminano le cellule malate o indesiderate. La concorrenza cellulare è quindi un principio centrale per mantenere la salute dei tessuti e degli organi. I ricercatori hanno studiato i fattori di successo delle cellule superiori e hanno scoperto una strategia vincente precedentemente sconosciuta nella competizione cellulare meccanica. Hanno identificato una varietà nella capacità delle cellule di esercitare forze meccaniche su altre cellule come regolatore decisivo. Con i loro risultati recentemente pubblicati in Materiali naturaliIl team di ricerca proveniente dalla Germania, dalla Francia e dalla Danimarca sfida l’interpretazione classica della competizione cellulare.
Vincitore e celle perdenti – competizione come principio di sopravvivenza
La formazione di tutti gli organismi si basa sulla meticolosa disposizione di diversi tipi di cellule, ciascuno con ruoli e identità distinte. Anche le deviazioni minori dal modello evolutivo possono causare anomalie dello sviluppo, accelerare l’invecchiamento e contribuire alle malattie. Per preservare l’integrità dei tessuti e delle organi, le popolazioni cellulari utilizzano meccanismi di controllo della qualità. Uno di questi meccanismo è un insieme di processi di sorveglianza noti come “competizione cellulare”. Le cellule sono in grado di adattare le loro proprietà in relazione ai loro vicini e confrontare il loro cosiddetto livello di fitness con le loro cellule vicine. Le cellule di “vincitore” più forti sopravvivono, mentre le cellule più deboli “perdenti” vengono rimosse dalla struttura cellulare e muoiono. Questo meccanismo aiuta a mantenere una comunità cellulare sana ed efficiente. La concorrenza cellulare è quindi un fattore cruciale per mantenere la salute dei tessuti ed è necessaria per combattere i patogeni. Se tali meccanismi di controllo falliscono, i tumori possono svilupparsi.
Nuova strategia vincente scoperta nella competizione cellulare meccanica
I fattori molecolari e i segnali biochimici coinvolti nella morte cellulare e l’eliminazione dei perdenti sono già stati ampiamente studiati. Vari studi scientifici hanno inoltre dimostrato che le cellule possono anche essere eliminate dalle forze meccaniche. Tuttavia, il loro ruolo esatto nella competizione cellulare rimane poco chiaro.
Un team internazionale di ricercatori, tra cui esperti del Max-Planck-Zentrum Für Physik und Medizin (MPZPM), l’Institut Jacques Monod (CNRS, UP Cité, Francia) e il Niels Bohr Institute (Danimarca), ha identificato un meccanismo precedentemente sconosciuto nella competizione cellulare meccanica. Nel loro lavoro, gli scienziati rivelano che le cellule del “vincitore” eccellono nell’esercizio delle forze meccaniche nei loro dintorni, comprese le cellule vicine, dando loro un vantaggio di sopravvivenza rispetto alle cellule “perdenti”. I ricercatori hanno dimostrato che questo effetto è particolarmente pronunciato all’interfaccia tra diverse popolazioni cellulari, in cui le cellule sane al ponte le cellule mutate. Il team di Ladoux ha osservato che queste interfacce attive sono hotspot per l’eliminazione delle cellule e sono contrassegnate da fluttuazioni di forza meccanica intensificate.
Lo studio conferma che queste fluttuazioni amplificate svolgono un ruolo cruciale nella rimozione delle cellule che lottano per trasferire lo stress meccanico. I risultati sfidano la convinzione precedentemente ritenuta che le cellule del “vincitore” eliminano le cellule “perdenti” esclusivamente comprimendole e spremendole dal tessuto. Invece, i risultati suggeriscono che il vantaggio competitivo delle cellule vincitori risiede nella loro resistenza attiva alla propria eliminazione.
Da dove ha la resistenza attiva?
La proteina E-caderina della giunzione svolge un ruolo significativo nella trasmissione della forza intercellulare in epitelia. Contribuisce alle cellule che si attaccano l’una all’altra (aderenze cellulari) mentre le collegano contemporaneamente meccanicamente al loro ambiente fisico. Il meccanismo preciso di questo accoppiamento meccanico – che consente alle cellule di percepire, segnalare e rispondere ai cambiamenti fisici nel loro ambiente – è oggetto di ricerca del Prof. Benoît Ladoux, capo della divisione della “meccanobiologia dei tessuti” all’MPZPM. Il team di Ladoux sta studiando le relazioni tra l’adesione e la segnalazione meccanica e biochimica per l’adattamento delle cellule viventi ai cambiamenti nel loro ambiente fisico a diversi livelli, dalle singole molecole ai tessuti.
Nello studio, il team internazionale ha combinato le misurazioni meccaniche delle forze all’interno dei tessuti con interventi biologici mirati, come lo spinta di singoli molecole, tra cui la caderina E. Il gruppo ha collaborato con fisici teorici dell’Università di Copenaghen, che ha creato simulazioni di computer in base alle differenze meccaniche tra le celle. Ciò ha permesso loro di prevedere come i singoli componenti, in questo caso fluttuazioni meccaniche, possono alterare le osservazioni. La previsione è stata quindi verificata sperimentalmente.
“Siamo rimasti sorpresi di scoprire che le cellule compresse non sono state costantemente eliminate”, afferma Ladoux. “Questa osservazione differisce fondamentalmente dalle forme precedentemente note di competizione cellulare meccanica, come la migrazione diretta delle cellule vincitrici verso i perdenti. Abbiamo sospettato che i cambiamenti nella trasmissione della forza intercellulare siano stati causati da variazioni nella forza di adesione della caderina E, modellando le dinamiche della competizione cellulare. Questa intuizione ci ha spinto a studiare ulteriormente questa direzione.” Il primo autore del documento, Andreas Schoenit, Institut Jacques Monod (CNRS, Up Cité, Francia), aggiunge: “Con i nostri studi, siamo stati in grado di identificare la capacità di trasmissione delle forze come principale regolatore del risultato cellulare. Cancro. “
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