Gli scienziati del St. Jude Children’s Research Hospital hanno scoperto che i citonemi (proiezioni sottili, lunghe, simili a capelli sulle cellule) sono importanti durante lo sviluppo neurale. I citonemi collegano le cellule che comunicano a grandi distanze ma sono difficili da catturare con la microscopia nello sviluppo dei tessuti dei vertebrati. I ricercatori sono i primi a trovare un modo per visualizzare come i citonemi trasportano le molecole di segnalazione durante lo sviluppo del sistema nervoso dei mammiferi. I risultati sono stati pubblicati in Cellula.
“Abbiamo dimostrato che i citonemi sono una via diretta e diretta per il trasporto del segnale”, ha affermato l’autore corrispondente Stacey Ogden, PhD, Dipartimento di Biologia Cellulare e Molecolare di St. Jude. “Le cellule devono comunicare tra loro durante lo sviluppo e l’omeostasi dei tessuti ed essere in grado di raggiungere qualcosa di più dei semplici vicini. Abbiamo identificato un modo in cui i segnali vengono caricati nei citonemi per il trasporto alle popolazioni cellulari che rispondono e abbiamo dimostrato che la modellazione dei tessuti non avviene correttamente quando questa modalità di dispersione del segnale è compromessa.”
La consegna rapida del segnale prepara il sistema nervoso al successo
I ricercatori del laboratorio di Ogden sono stati i primi a visualizzare i citonemi dei mammiferi nel sistema nervoso in via di sviluppo combinando moderne tecniche di microscopia con preparazioni ottimizzate dei campioni.
“Per molto tempo, visualizzare queste strutture nello sviluppo del tessuto dei mammiferi è stato impegnativo”, ha detto Ogden. “Ma finalmente abbiamo trovato un modo.”
Usando i loro nuovi metodi, gli scienziati hanno catturato immagini di come i citonemi agiscono come un sistema “espresso” che può saltare le cellule intermedie per fornire direttamente segnali a quelle più distanti, simile a una metropolitana espressa che si ferma solo nelle stazioni principali. Una delle stazioni principali è la notocorda, che produce un segnale che svolge un ruolo cruciale nell’organizzazione dello sviluppo del midollo spinale. Il team di Ogden ha catturato immagini del processo di trasporto che avviene nei citonemi originati dalla notocorda.
Quando i ricercatori hanno impedito alle proteine di segnalazione di entrare nei citonemi, lo sviluppo neurale è stato interrotto nei modelli murini, causando gravi difetti neurologici.
“Questa è la prima dimostrazione di questi processi di trasporto basati sui citonemi che si verificano durante lo sviluppo di un tessuto complesso dei mammiferi come il tubo neurale”, ha detto Ogden. “Poi abbiamo dimostrato che quando riduciamo il numero dei citonemi o diminuiamo la capacità delle cellule di caricare proteine di segnalazione in queste strutture, otteniamo difetti di sviluppo”.
Il trasporto dei citonemi aiuta a stabilire il gradiente
Lo sviluppo dei mammiferi è un processo attentamente guidato che deve essere coordinato affinché tutti gli organi e i tessuti si formino correttamente. Un modo in cui le cellule sanno quando adottare un destino specifico è rispondendo a soglie distinte di proteine di segnalazione chiamate morfogeni. Le cellule risponderanno in modo diverso a questi segnali attraverso un gradiente di segnalazione, assumendo caratteristiche diverse in risposta a concentrazioni alte e basse di un particolare morfogeno. Per lo sviluppo è necessaria una buona pendenza; una pendenza negativa può significare un disastro.
Nonostante la loro importanza, il modo in cui questi modelli di morfogeni vengono creati nei campi di organizzazione delle cellule è rimasto un mistero. La diffusione semplice può spiegare alcuni, ma non tutti, questi gradienti. I deficit neurologici creati quando gli scienziati hanno bloccato l’ingresso dei segnali nei citonemi forniscono prove a sostegno di un ruolo chiave per la segnalazione dei citonemi durante la modellazione dei morfogeni.
“Questi deficit sono davvero la prima prova diretta che la segnalazione basata sui citonemi gioca un ruolo chiave durante la modellazione del tubo neurale”, ha detto Ogden.
Trasporto del “riccio sonico” attraverso i citonemi
Il gruppo di St. Jude ha chiarito un modo in cui si forma un gradiente del morfogeno del riccio sonico nel tubo neurale. Sonic hedgehog era già noto come una molecola di segnalazione fondamentale nello sviluppo neurale, ma il suo percorso per raggiungere le cellule bersaglio è stato difficile da accertare. Lo studio ha identificato i citonemi come contributori chiave a una soluzione che crea il gradiente di segnalazione del riccio sonico. Di conseguenza, quando Sonic Hedgehog non poteva essere caricato nei citonemi, la sua funzione di segnalazione era compromessa.
“Nel campo della ricerca sulla segnalazione dei morfogeni, abbiamo sempre desiderato sapere come un segnale arriva da una popolazione di cellule per diffondersi attraverso una popolazione di cellule riceventi per creare un gradiente”, ha detto Odgen. “È davvero emozionante dimostrare che le cellule che producono segnali morfogeni svolgono un ruolo attivo nel portarli dove devono passare attraverso i citonemi. La cellula segnalante non solo produce il morfogeno, ma aiuta anche a consegnare fisicamente il segnale. “
Ciò che rimane poco chiaro è quanto sia in fase di sviluppo il trasporto espresso dei citonemi delle proteine di segnalazione.
“Qui abbiamo usato Sonic Hedgehog come modello”, ha detto Ogden. “Ma abbiamo anche prove che queste strutture potrebbero essere importanti per il trasporto di altri segnali cruciali durante lo sviluppo del tubo neurale. Ora che abbiamo sviluppato un sistema per visualizzare questi citonemi, possiamo iniziare a scoprire la vera ampiezza della loro funzione.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
