Come fanno le cellule a percepire il loro ambiente
Per differenziarsi e rispondere correttamente all'ambiente circostante, le cellule dei diversi tessuti e organi, pur essendo immerse nella rete di fibre della matrice extracellulare, devono potersi muovere almeno un po' e cambiare forma. La scoperta contribuirà a comprendere come fanno le cellule tumorali a colonizzare tessuti diversi da quelli in cui si sono sviluppate(red)
Per ottenere dall’ambiente circostante le informazioni necessarie a un corretto funzionamento, le cellule del corpo devono poter compiere piccoli movimenti e cambiare forma. A scoprirlo sono stati ricercatori del Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics a Princeton, dell’Università Ludwig-Maximilians a Monaco di Baviera edella Harvard University che firmano un articolo su “Nature Communications”.
La scoperta migliora la comprensione del modo in cui le cellule rispondono a stimoli meccanici e può aiutare a chiarire i meccanismi in atto quando le cellule tumorali migrano per metastatizzare in un nuovo organo o quando le cellule immunitarie si spostano verso una lesione per contribuire alla sua guarigione.
Fibroblasto immerso nella matrice extracellulare (Cortesia Cold Spring Harbor Laboratory Press)Gli organi e i tessuti del corpo sono immersi in una struttura ricca di fibre nota come matrice extracellulare, che fornisce alle cellule un'impalcatura per vivere e differenziarsi. Le cellule interagiscono con questa matrice estendendo particolari proteine adesive che si trovano sulla loro superficie ed entrano in contatto con le fibre vicine.
Studi precedenti hanno mostrato che grazie a questi contatti le cellule ricevono un feedback meccanico che fornisce informazioni sull’elasticità dell'ambiente circostante, permettendo loro di "sapere" in quale tessuto od organo si trovano. Questi studi erano stati però condotti su colture cellulari che si sviluppavano in piano, mentre nella realtà la matrice extracellulare è tridimensionale e questo potrebbe rendere alla cellula molto più difficile “interpretare” correttamente i feedback ricevuti dall'ambiente.
Ned Wingreen e colleghi hanno sviluppato due modelli al computer che simulavano rispettivamente il comportamento di una cellula in una matrice di proteine di collagene - la sostanza presente in pelle, ossa, muscoli e tessuti connettivi - e quello di una cellula in una rete di fibrina, la proteina che costituisce il principale componente dei coaguli di sangue.
Simulazione del comportamento delle fibre di collagene della matrice extracellulare. Alcune fibre (in blu) rispondono fortemente alla cellula e altre (in rosso) non rispondono affatto. La forte variabilità locale di queste risposte rende difficile alle cellule (frecce verdi) determinare l’elasticità complessiva dell’ambiente e suggerisce che esse debbano spostarsi o modificare la forma per ottenere informazioni sufficienti. (Cortesia Ned Wingreen, Princeton University)Grazie a queste simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che l'ambiente della cellula può variare notevolmente anche su distanze molto piccole e che quindi, per ottenere informazioni attendibili sullo stato di ciò che la circonda, la cellula deve poter stabilire sempre nuovi contatti con altre fibre, spostandosi, sia pur di poco, e/o stirandosi e infiltrandosi nella matrice.
