Un ESC(o)RT per ricucire la membrana nucleare

RICERCANDO ALL’ESTERO – “Mi sento privilegiata ad aver scoperto un processo così fondamentale. La cosa più dura della ricerca di base è che non è facile relazionare immediatamente un meccanismo a una malattia. Ma mi sono dovuta ricredere: fino a qualche mese fa pensavo che la ricerca sul cancro fosse lontana, ora invece ce l’ho davanti”.

Nome: Marina Vietri
Età: 33 anni
Nata a: Asti
Vivo a: Oslo (Norvegia)
Dottorato in: Biologia molecolare e cellulare (Oslo, Norvegia)
Ricerca: Meccanismi molecolari di rimodellamento della membrana nucleare.
Istituto: Institute for Cancer Research, Oslo University Hospital (Norvegia)
Interessi: correre, andare in bici, fare sport; guardare film Disney con mia figlia.
Di Oslo mi piace: è internazionale, c’è tanta natura nella città.
Di Oslo non mi piace: la mancanza di un vero clima estivo.
Pensiero: Da qualche parte, qualcosa di incredibile è in attesa di essere scoperto. (Carl Sagan)

Che tipo di proteine sono le ESCRT?
L’acronimo sta per Endosomal Sorting Complexes Required for Transport, si pronuncia escort e si riferisce al fatto che sono state inizialmente scoperte per la loro capacità di selezionare e trasportare molecole da digerire all’interno degli endosomi. Si tratta di un apparato molecolare formato da complessi di proteine che in pratica riparano le membrane cellulari. In genere si localizzano nel collo di una fossetta o di un foro della membrana dove si organizzano in filamenti e rimodellano la struttura fino a quando il collo diventa sempre più stretto e si chiude.

Questo meccanismo ha un ruolo fondamentale in diversi processi cellulari. La prima funzione a essere stata scoperta è quella della formazione di endosomi multivescicolari, sacchetti membranosi che si originano dall’invaginazione della membrana plasmatica e che incorporano selettivamente recettori destinati alla degradazione. Le ESCRT si posizionano a livello del collo di una piccola fossetta e rimodellano la membrana fino a chiudere la vescicola. Alcuni virus, come per esempio HIV, utilizzano le ESCRT per uscire dalla cellula infettata. Nel 2007 si è visto che durante la citodieresi, quando una cellula si divide in due, il ponte intercellulare tra le due figlie viene sigillato proprio dalle ESCRT. E sempre loro sono coinvolte nella riparazione di piccole rotture della membrana plasmatica. Infine, sono fondamentali nel processo di potatura sinaptica, cioè l’eliminazione, durante l’infanzia, dei circuiti neurali non utilizzati.

E per quanto riguarda la membrana nucleare?
Questa è la scoperta che abbiamo fatto noi ed è nata un po’ per caso: stavamo osservando al microscopio cellule trattate con un anticorpo anti-CHMP4b, proteina che fa parte del complesso ESCRT III, e vedevamo che, durante l’anafase, c’era un segnale attorno alla cromatina. È stata una sorpresa perché una simile localizzazione non era mai stata riportata in letteratura. Abbiamo perciò cominciato a fare esperimenti per capirne il motivo e i risultati successivi hanno mostrato che le ESCRT vengono reclutate sulla membrana nucleare e vi rimangono per circa 4 minuti, dopodiché il segnale scompare. È bene ricordare che durante la mitosi, in particolare in metafase, il nucleo si dissolve per permettere la divisione dei cromosomi e che il momento preciso in cui si riforma non era ancora stato identificato. I nostri studi mostrano che ciò avviene proprio in quei 4 minuti di segnale delle ESCRT.

Durante la ricerca, c’è stato un altro momento bellissimo: stavo leggendo un articolo in cui si parlava dei tempi di ricostruzione della membrana nucleare e si usava un farmaco, il taxolo, che stabilizza i microtubuli e ritarda la formazione della membrana nucleare attorno alla cromatina. Ho provato a ripetere l’esperimento per capire se, dopo trattamento con taxolo, le ESCRT ci mettevano più o meno tempo ad arrivare nella zona della membrana nucleare ma ho visto che il tempo era lo stesso mentre cambiava sia l’intensità del segnale, molto più alta, che la sua durata, più lunga. Abbiamo cercato di approfondire la questione con analisi di microscopia elettronica e microscopia a super risoluzione e abbiamo notato che la membrana nucleare non era del tutto riformata ma c’erano dei buchini e che le ESCRT si posizionavano proprio a livello dei buchini. Inoltre, questi buchi non erano vuoti ma trapassati dai microtubuli del fuso mitotico.

Alla fine abbiamo scoperto che le ESCRT non agiscono solo chiudendo questi buchi e sigillando la membrana nucleare ma coordinano l’eliminazione del fuso mitotico in quanto reclutano direttamente un enzima chiamato spastina, che taglia i microtubuli esattamente a livello dei buchi della membrana nucleare.

Cosa succede se questo processo non funziona?
Quando l’apparato ESCRT non è regolato correttamente, la membrana nucleare inizia ad avere dei problemi, si formano strane invaginazioni e vediamo un accumulo di danni al DNA proprio nelle zone periferiche a questi buchi. È stata davvero una scoperta importante, non solo perché abbiamo assegnato una nuova funzione all’apparato ESCRT ma anche perché abbiamo mostrato cosa succede quando la membrana nucleare deve chiudersi e quando il fuso mitotico deve essere rimosso. E ciò accade a ogni ciclo cellulare, cioè ogni volta che la cellula si divide.

La funzione sulla membrana nucleare sembra coinvolgere solo ESCRT III, complesso composto da proteine piccole e solubili che una volta attivate all’interno del nucleo iniziano a legarsi tra loro e alla membrana, formando dei filamenti simili a delle molle. La subunità CHMP4b forma il filamento vero e proprio mentre le altre proteine aiutano l’organizzazione. C’è anche una ATPasi chiamata VPS4 indispensabile per far avvenire la chiusura.

ESCRT III agisce solo durante il ciclo cellulare?
A Pasqua sono usciti due studi (questo e questo) che dimostrano il coinvolgimento di ESCRT III nella migrazione delle cellule in spazi molto costretti. Il nucleo di una cellula riesce ad adattare la sua forma e a schiacciarsi come un gatto, entrando in spazi anche molto stretti e questo è possibile perché la membrana nucleare si apre momentaneamente e le ESCRT vengono poi reclutate per chiuderla.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?
Stiamo cercando di capire la relazione tra CHMP7 e i tumori. Nelle cellule tumorali si possono verificare rotture spontanee della membrana nucleare e se per esempio le ESCRT non funzionano e quindi si continua ad accumulare danno al DNA, la stabilità cromosomiale peggiora e può favorire la progressione tumorale. Anche le cellule senescenti hanno frequenti rotture della membrana nucleare, così come tutta una serie di malattie come le laminopatie (tra cui la progeria). Il problema è che tutte le funzioni delle ESCRT sono così fondamentali che non è possibile usare questi complessi come target terapeutico perché si rischia di creare un danno ancora maggiore.

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