Celulele organelor umane urmeaza procese riguroase în timpul dezvoltarii, procese care le duc exact acolo unde acestea trebuie sa ajunga. Iar aceste procese includ si autodistrugerea celulelor.
Majoritatea inimilor umane arata aproape identic: celule musculare în aceleasi locuri, structuri ale vaselor de sânge în aceleasi orientari. Organele precum inima sau stomacul arata la fel si functioneaza la fel în organismele individuale dintr-o specie, datorita proceselor amintite mai sus.
Procesul de dezvoltare presupune nenumarati pasi care trebuie sa se desfasoare într-o ordine si o maniera exacte. Laboratorului profesoarei de biologie Angela Stathopoulos, de la Caltech, se concentreaza exact pe studierea acestor pasi complicati. Laboratorul foloseste ca model musculitele de otet, care au un ciclu de dezvoltare de 24 de ore, cu schimbari semnificative observabile aproape în fiecare minut, scrie Phys.org.
Musculitele de otet, studiate pentru a întelege mai bine autodistrugerea celulelor
O noua lucrare de la laboratorul lui Stathopoulos examineaza celulele mezodermului visceral caudal (CVM), care în cele din urma vor deveni fibre musculare în intestinul musculitei de otet. Aceste celule migreaza din spatele embrionului aflat în curs de dezvoltare catre fata acestuia în decurs de 6 ore, aceasta fiind cea mai lunga distanta de migrare din toata embriogeneza musculitelor de otet.
Noua cercetare identifica mecanismele care se asigura de autodistrugerea celulelor ratacitoare, printr-un mecanism specific de moarte celulara numit anoikis.
Interesant este ca rezistenta la anoikis este un precursor al multor tipuri de cancere metastatice. Întelegerea cailor care ghideaza anoikis-ul sanatos poate oferi în cele din urma o perspectiva asupra modului în care cancerele metastazeaza si de ce invadeaza anumite parti ale corpului.
„Moartea celulara este o parte normala si sanatoasa a dezvoltarii. Celula care migreaza trebuie sa ia în mod constant decizii si sa-si dea seama daca se afla în locul potrivit în corp. Daca nu este în locul potrivit, trebuie sa se autodistruga. Acum am determinat caile prin care celula poate face asta”, spune Stathopoulos.
Cum functioneaza acest mecanism
Lucrarea a aparut online, în revista Developmental Cell, în iunie, anul acesta. Prim autor al studiului este Frank Macabenta, cercetator postdoctoral senior asociat de cercetare în biologie si inginerie biologica la Caltech.
Celulele CVM nu sunt singure în lunga lor calatorie prin embrionul musculitei de otet. Aceste 40-50 de celule urmeaza un fel de traseu care este alcatuit dintr-un tip diferit de celule, numite TVM. Celulele TVM emit un semnal chimic numit factor de crestere a fibroblastelor (FGF), care îi permite unei celule CVM sa stie ca se afla în locul potrivit.
La mijlocul migrarii lor, celulele CVM trebuie sa navigheze în jurul unei curbe ascutite a embrionului, care este aproximativ în forma de U. În acest moment, celulele CVM încep sa prolifereze, asteptându-se ca vor ajunge în curând la sfârsitul calatoriei lor, când va fi timpul sa înceapa sa construiasca muschi.
Problema este ca atunci când celulele încep sa se înmulteasca, unele încep sa iasa de pe traseul TVM. Cercetatorii au observat anterior ca acesta este punctul în care aceste celule pierdute vor initia anoikis, ceea ce va duce la autodistrugerea celulelor.
Gena implicata în autodistrugerea celulelor
O gena numita hid este responsabila pentru anoikis. Când hid este exprimata într-o celula, celula va muri. În noua lucrare, Macabenta a descoperit ca celulele CVM încep sa exprime hid pe masura ce se deplaseaza în curba embrionului, dar nu mor, cu exceptia cazului în care ies de pe traseul TVM.
Echipa a descoperit ca acest lucru este posibil datorita semnalelor FGF, care actioneaza ca antidot pentru hid: daca o celula iese de pe traseu si, prin urmare, nu mai primeste semnale FGF, va muri; poate ramâne în viata, în ciuda faptului ca hid este exprimat atât timp cât ramâne pe drumul cel bun. În acest fel, embrionul se poate asigura ca orice celule capricioase se vor autodistruge, în timp ce celulele care functioneaza corect vor scapa.
În cele din urma, echipa a descoperit ca o anumita cale, numita calea proteinei morfogenetice osoase (BMP), controleaza momentul în care încep sa prolifereze celulele. Semnalizarea BMP porneste exact atunci când celulele se afla în virajul în forma de U, aproximativ la mijlocul migrarii lor. Acest semnal este cel care le permite celulelor sa se multiplice si sa creasca în numar.
Semnalul transmis de gena hid
Celulele au un „ceas” intern, cunoscut sub numele de ciclu celular, care controleaza timpul de crestere, multiplicarea ADN-ului si diviziunea celulara (mitoza).
Echipa a descoperit ca momentul exprimarii hid este legat de progresia ciclului celular si, atunci când acesta este întrerupt, hid nu mai este exprimat la punctul potrivit în timpul migrarii celulei.
Semnalizarea BMP este necesara pentru a-i permite ciclului celular sa avanseze prin mitoza si, prin urmare, este necesara si pentru sincronizarea expresiei precise a hid, deoarece celulele care nu reusesc sa se divida nu sunt capabile sa exprime hid în timp util pentru a elimina celulele pierdute.
Este esential ca celulele sa poata avea aceste mecanisme programate de control al calitatii, deoarece celulele ratacite pot dauna dezvoltarii corespunzatoare a restului organismului.
„Planul B”
„Atunci când am îndepartat gena hid, celulele care au iesit de pe traseu au supravietuit si au invadat si perturbat sistemul nervos central, acolo unde chiar nu ar trebui sa fie”, spune Frank Macabenta.
„Nu mai sunt pe calea corecta, asa ca revin la un fel de ”plan B” în care gasesc o locatie pentru care au o anumita afinitate. Privind la autopsiile persoanelor care au avut cancer metastatic, de obicei celulele metastazante vor merge sa colonizeze anumite locuri”, continua el.
„Cercetarile noastre ne ajuta sa înteleg cum functioneaza acest lucru, cum ‘deraiaza’ celulele si sa ne dam seama care este ”al doilea cel mai bun” semnal de urmat. În lucrarile viitoare, am dori sa vedem ce alte semnale sau indicii urmaresc celulele CVM care le conduc la sistemul nervos central. Acest lucru ar putea explica de ce anumite tipuri de metastaze colonizeaza preferential alte tesuturi”, a încheiat cercetatorul.