Le cellule ricordano la loro storia di sviluppo

Le proteine permettono alle cellule di ricordare quanto è andata bene la loro ultima divisione

Quando parliamo di ricordi in biologia, tendiamo a concentrarci sul cervello e sulla memorizzazione delle informazioni nei neuroni. Ma ci sono molti altri ricordi che persistono nelle nostre cellule. Le cellule ricordano la loro storia di sviluppo, se sono state esposte ad agenti patogeni e così via. E ciò solleva una domanda a cui è difficile rispondere: come fa qualcosa di così fondamentale come una cellula a trattenere le informazioni attraverso più divisioni?

Coloranti fluorescenti, cellule

La memoria delle cellule

Non esiste una risposta univoca e in molti casi i dettagli sono davvero difficili da elaborare. Ma ora gli scienziati hanno elaborato in dettaglio un sistema di memoria. Le cellule sono in grado di ricordare quando i loro predecessori hanno avuto difficoltà a dividersi, un problema spesso associato a danni al DNA e cancro. E, se i problemi sono sufficientemente consistenti, le due cellule risultanti da una divisione smetteranno di dividersi.

Cina, reni contenenti cellule umane coltivati in embrioni di maiali, scienze biologiche 2023

Negli organismi multicellulari, la divisione cellulare è regolata con molta attenzione. La divisione incontrollata è il segno distintivo dei tumori. Ma i problemi con i singoli segmenti di divisione, come copiare il DNA, riparare eventuali danni, assicurarsi che ogni cellula figlia riceva il giusto numero di cromosomi, possono portare a mutazioni. Pertanto, il processo di divisione cellulare prevede numerosi punti di controllo in cui la cellula si assicura che tutto abbia funzionato correttamente.

se una cellula riesce a superare tutti i checkpoint, presumibilmente va tutto bene, giusto? Non del tutto, a quanto pare.

La mitosi

La mitosi è la parte della divisione cellulare in cui i cromosomi duplicati vengono separati in ciascuna delle cellule figlie. Trascorrere molto tempo nella mitosi può significare che i cromosomi hanno subito danni, il che potrebbe causare problemi in futuro.

Ricerche precedenti hanno scoperto che alcune cellule derivate dalla retina registreranno quando la mitosi impiega troppo tempo e le cellule figlie smetteranno di dividersi.

Il nuovo studio, sviluppato da un team di ricercatori di Okinawa, in Giappone e San Diego, ha iniziato dimostrando che questo comportamento non era limitato alle cellule della retina: sembra essere una risposta generale a una mitosi lenta.

Esperimenti accurati sui tempi hanno dimostrato che più a lungo la cellula trascorra nel tentativo di sottoporsi alla mitosi, maggiore è la probabilità che le cellule figlie smettano di dividersi. I ricercatori chiamano questo sistema un “cronometro mitotico”.

A tal proposito, è stato scoperto che, come molte cose legate alla divisione cellulare, la risposta si riduce a una proteina chiamata p53. È una proteina fondamentale per molti percorsi che rilevano i danni alla cellula e le impedisce di dividersi in caso di problemi.

I ricercatori hanno scoperto che, mentre la mitosi era in corso, p53 ha iniziato a presentarsi in un complesso con altre due proteine (la proteasi 28 specifica per l’ubiquitina e la proteina 1 legante p53, dal nome creativo). Se si apportavano mutazioni in una delle proteine che bloccavano la formazione di questo complesso, il cronometro mitotico smetteva di ticchettare.

Cellule staminali
Cellule staminali

Questo complesso di tre proteine iniziava ad accumularsi a livelli significativi solo se la mitosi impiegava più tempo del solito, e rimaneva stabile una volta formato in modo da essere trasmesso alle cellule figlie una volta completata la divisione cellulare.

Allora perché questo complesso si forma solo quando la mitosi impiega più tempo del solito? La chiave si è rivelata essere una proteina chiamata chinasi, che lega un fosfato ad altre proteine. I ricercatori hanno esaminato le sostanze chimiche che inibiscono specifiche chinasi attive durante la mitosi e la riparazione del DNA, e ne hanno trovata una specifica necessaria per il cronometro mitotico. In assenza di questa chinasi (PLK1, per i curiosi), il complesso di tre proteine non si forma.

Conclusioni

I ricercatori pensano che il cronometro assomigli a questo: durante la mitosi, la chinasi attacca lentamente un fosfato a una delle proteine, permettendole di formare il complesso di tre proteine. Se la mitosi viene completata abbastanza velocemente, i livelli di questo complesso non diventano molto alti e non ha alcun effetto sulla cellula.

Se la mitosi procede più lentamente, allora il complesso inizia a formarsi ed è abbastanza stabile da essere ancora presente in entrambe le cellule figlie. L’esistenza del complesso aiuta a stabilizzare la proteina p53, permettendole di fermare le future divisioni cellulari una volta che è presente a livelli sufficientemente elevati.

Protocellule

Coerentemente con questa idea, tutte e tre le proteine del complesso sono soppressori del tumore, il che significa che le loro mutazioni rendono più probabile la formazione di tumori. I ricercatori hanno confermato che il cronometro mitotico era spesso difettoso nei campioni di tumore.

Quindi, è così che le singole cellule riescono a immagazzinare uno dei loro ricordi: il ricordo dei problemi con la divisione cellulare. Il cronometro mitotico, tuttavia, è solo uno dei sistemi di immagazzinamento della memoria, con sistemi completamente separati che gestiscono ricordi diversi. E, nello stesso momento in cui questo avviene, anche un gran numero di altri percorsi contribuiscono all’attività di p53.

Quindi, mentre il cronometro mitotico può gestire in modo efficiente un tipo specifico di problema, è integrato in molti altri sistemi complessi che operano nella cellula.

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