Le cellule TAC in prima linea nella riparazione dei danni ai testicoli

RICERCANDO ALL’ESTERO – Se la vita degli organismi ha una durata definita, quella di un’intera specie continua e si evolve di generazione in generazione attraverso la linea germinale. I processi che assicurano lo sviluppo e la stabilità del genoma delle cellule germinali sono elementi fondamentali per il successo a lungo termine di una specie.

Claudia Carrieri ha lavorato sulle cellule staminali spermatogoniche e sulla capacità rigenerativa del testicolo durante la vita adulta. Presso il Centre for Regenerative Medicine di Edimburgo ha anche studiato i cambiamenti di cromosomi e cromatina durante la spermatogenesi. Da qualche mese si è trasferita a Oxford per occuparsi di immunoterapia.

Le cellule staminali hanno un ruolo centrale nella riparazione dei tessuti. Nel testicolo, come avviene questo processo?

In generale il mantenimento di un tessuto adulto è supportato da un piccolo numero di cellule staminali indifferenziate che si auto-rinnovano per mantenere la propria popolazione e per produrre una progenie che si differenzierà in un tipo cellulare specifico per il tessuto. La gerarchia è simile a quella di una piramide: solo le cellule staminali che stanno in cima possono dare origine a tutte le altre linee cellulari e quindi sono quelle che intervengono per riparare il danno a un certo tessuto.

Con i nostri studi abbiamo visto che, in certi sistemi, quando c’è un danno alla base della piramide non si ricorre alle cellule staminali del vertice per rimpiazzare le altre, ma a un tipo particolare di cellule chiamate TAC, cioè Transit-Amplifying Cell. Si tratta di precursori parzialmente differenziati, cellule che derivano direttamente dalle staminali ma, come dice il nome, non si dividono in modo indeterminato e a un certo punto vanno incontro a senescenza.

È una scoperta molto importante, soprattutto nel campo della medicina rigenerativa perché le TAC sono sempre state considerate cellule di passaggio tra la cellula staminale al vertice e quelle totalmente differenziate alla base. La nostra ricerca, invece, le identifica come vero e proprio potenziale rigenerativo di un tessuto.

Anche se questi risultati sono stati ottenuti dal testicolo, si possono applicare ad altri tessuti, come il polmone o l’intestino.

Si potrebbero usare le TAC nei trapianti, al posto delle cellule staminali vere e proprie?

Alla luce di questa scoperta, in caso di trapianti di cellule sarebbe sicuramente più efficiente usare le transit-amplifying cell al posto delle staminali per rigenerare un sistema danneggiato e non funzionante.

Il fatto che in caso di danno vengano coinvolte le TAC e non le staminali ha un senso biologico: la cellula staminale è molto importante dal punto di vista genetico, tanto da rimanere abbastanza quiescente e da dividersi raramente in quasi tutti i sistemi. La divisione cellulare, infatti, porta errori e meno una cellula staminale viene disturbata, minore è la probabilità di incorporare elementi non corretti. Le TAC non sono quiescenti e possono intervenire molto rapidamente, si replicano velocemente e sono in grado di rigenerare un tessuto. Proprio per questo nuovo ruolo, la medicina rigenerativa sta rivalutando il loro uso.

Cosa succede se si eliminano le TAC dal sistema?

Per capire il loro ruolo abbiamo fatto diversi esperimenti, anche in vivo con cellule marcate in fluorescenza. In particolare abbiamo usato un agente alchilante del DNA, chiamato busulfan, che è particolarmente tossico per gli spermatogoni e interferisce con il ciclo spermatogenico. Si generano così dei segnali che favoriscono la mobilitazione delle cellule staminali, in questo caso le TAC, per rigenerare il tessuto danneggiato.

Per visualizzare le cellule mobilitate abbiamo usato dei geni marcati con la fluorescenza, in particolare quelli sotto il promotore Miwi2 che è tipico delle cellule germinali. Poi con una immunofluorescenza del tessuto si può osservare la loro localizzazione in maniera statica oppure fare tracking in vivo, per capire come le cellule riparano il danno.

Abbiamo anche usato una tecnica che si chiama targeted cell ablation come prova ultima di quali cellule sono davvero importanti per la rigenerazione. Consiste nel rendere le cellule di interesse sensibili a una tossina in modo da eliminarle, e poi indurre un danno con il busulfan per verificare la rigenerazione. Abbiamo quindi inserito nelle TAC il recettore per la tossina difterica, che è umano perciò i topi normali non sono sensibili a questa molecola. Abbiamo somministrato la tossina difterica e, una volta eliminata la popolazione di transit-amplifying cell, abbiamo osservato che non c’era più rigenerazione a riprova dell’importanza di queste cellule.

Un ultimo esperimento è stato isolare le TAC da un topo fertile e trapiantarle in un altro topo non fertile. Si è visto che il topo trapiantato diventava fertile, quindi questo gruppo di cellule è effettivamente cruciale per recuperare la funzione rigenerativa di un tessuto.

A Edimburgo ti sei anche occupata di evoluzione della linea germinale. Che risultati avete raggiunto?

In collaborazione con l’EMBL-EBI di Cambridge, abbiamo svolto un lavoro filogenetico-bioinformatico sulla linea germinale maschile di diverse specie. Abbiamo scoperto che a livello genetico ci sono delle inserzioni di elementi retrovirali che hanno parassitato il genoma di topo e, nel corso dell’evoluzione, sono diventati promotori di geni che codificano per le cosiddette novel proteins.

Le novel proteins sono piccoli peptidi che non sono ancora diventati proteine conservate e stabili e che probabilmente rappresentano una piattaforma usata dalla linea germinale per testare nuove proteine.

Questi promotori sono conservati in diverse specie, dai pesci ai mammiferi (zebrafish, ratto, due linee differenti di topi) probabilmente perché attraggono molti fattori di trascrizione e la linea germinale in fondo è una piattaforma per creare nuove proteine.

Abbiamo confermato la presenza dei peptidi con la spettrometria di massa ma la loro funzione è ancora sconosciuta; poiché sono presenti in diverse specieprobabilmente hanno un valore evolutivo.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

Mi sono appena trasferita a Oxford dove lavoro per l’azienda Theolytics e mi occupo di immunoterapia dei tumori, cioè di come riuscire ad attivare il sistema immunitario in modo che risponda contro i tumori.

Nome: Claudia Carrieri
Età: 37 anni
Nata a: Taranto
Vivo a: Oxford (Regno Unito)
Dottorato: neuroscienze (Trieste)
Ricerca: studi di medicina rigenerativa nella linea germinale
Istituto: in precedenza Centre for Regenerative Medicine, Edimburgo; attualmente Theolytics,Oxford.
Interessi: montagna, filosofie orientali, ballare il tango
Di Oxford mi piace: è molto bucolica
Di Oxford non mi piace: il tempo è davvero inclemente
Pensiero: I’ve looked at clouds from both sides now. (Joni Mitchell)

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