Differenziamento e morte cellulare

CELLULE STAMINALI EMBRIONALI

Che si distinguono in 3 categorie:

- le cellule staminali propriamente dette (ES), che sono cellule pluripo-

tenti quali BLASTOCISTI e GERMINATIVE (spermatozoi e ovociti). Tali

cellule possono essere prelevate e messe in coltura per dare origine, in

presenza di opportuni fattori di crescere, di numerosissimi tipi cellulari dif-

ferenti. Utile per poter fare dei trapianti cellulari. Spesso, come sottolineato

più volte precedentemente, il contatto cellula cellula è fondamentale e tali

cellule possono differenziare solo messe a crescere sopra uno strato di fi-

broblasti, i quali nell’organismo sono deputate al sostentamento della cel-

lula. Dunque la coclutura con questo tipo cellulare più gli opportuni fattori

di crescita portano alla maturazione in maniera corretta. Per esempio se si

facessero crescere l’ES sopra un terreno solido già ricoperto di fibroblasti

e in presenza di FGR e PGF (fattori di crescita di cellule gliali) queste ma-

turano in modo corrette e se poi trapiantate nei topi possono essere per-

fettamente funzionale. La stessa cosa vale per un altro tipo cellulare tipo i

neuroni se fatti crescere invece con acido retinoico.

Si apre in questo modo la porta alla possibilità di sfruttare questo fenome-

no visto con i topi per poter rigenerare tutti quei tessuti che non sono ca-

ratterizzati da turn-over o correggere deficit genetici (malattie genetiche).

Tali cellule potrebbero essere prelevati o da embrioni precoci o da ovaie e

testicoli umani fetali. Il problema è che in Italia la coltivazione e l’utilizzo

di cellule staminali embrionale è assolutamente vietata.

- fetali che derivano dagli stadi più tardivi dello sviluppo e il loro compito è

l’accrescimento tessutale con caratteristiche intermedie tra le staminali

adulte ed ES. L’utilizzo di queste non viene impedito dalla legge Italiana

perché sfrutta gli embrioni morti spontaneamente.

- annessi embrionali le cui caratteristiche vanno dalla multipotenza all’uni-

potenza. Si trovano nella placenta, sacco amniotico e cordone ombelicale.

Si tratta di cellule facilmente reperibili perché di solito, dopo la nascita del

bambino vengono buttate. Tant’è che esistono delle banche (crioconser-

vazione) per un possibile utilizzo futuro.

CELLULE STAMINALI ADULTE

Sono presenti in tutti tessuti dotati di turnover ma con un potenziale differen-

ziativo molto ristretto (al massimo oligopotenti). L’unica che conserva la pluri-

potenza sono le HSC e corrispondono allo 0,2% delle cellule enucleate del

midollo e la maggior parte sono in fase quiescente (ogni 120 gg muoiono i

globuli rossi) e possono essere utilizzate nei pazienti soggetti a chemiotera-

pia e radioterapia per ricostruire l’intera popolazione ematica di questi.

DIFFERENZA FRA SSc ed ESc

Innanzitutto sta nella capacità proliferativa (SSc elevata mentre ESc molto

elevata) poi in quella differenziativa (SSc ristretta al tessuto di appartenenza

mentre le ESc illimitata se individuate le condizioni adeguate). Esiste una

controversia che è legato alla capacità proliferativa: tumorigeneicità che in

SSc è assente o limitata mentre in ESc è molto elevato. Questo riporta al

concetto di iniziale del preservare l’organismo a questo fenomeno. Se l’orga-

nismo ha perso la multipotenza nello sviluppo è proprio per ridurre questa

controversia. Nonostante ciò, proprio a causa della loro vita molto lunga e

dall’attività replicativa sono soggette a danni sia di tipo intracellulari che

extracellulari. Benché esistano dei meccanismi di riparazione a lungo anda-

re questi divengono inefficaci per questo al lungo andare il potenziale tumori-

genico di alcuni tessuti aumenta con l’avanzare dell’età. Le SSc sono di diffi-

cili da reperire poiché numericamente scarse e non possono essere coltivate

per lungo periodo perché tendono a perdere la pluripotenzialità. Le ESc inve-

ce possono essere mantenute per lungo periodo (oltre dieci anni) e capaci di

fare moltissimi cicli cellulari senza mai perdere la pluripotenza, ma non colti-

vabili per motivi etici.

CELLULE STAMINALI MESENCHIMALI MSC

Più facili da reperire rispetto alle SSc, e sono un tipo particolare di cellula

staminale adulta presenta nel midollo osseo capace di originare diversi tessu-

ti quindi in moltissimi tipi cellulari quali tessuto adiposo, cartilagineo, osseo,

muscolare. Ha dunque un potenziale differenziativo molto elevato. Si trovano,

oltre che nel midollo (nicchia per eccellenza), anche nel tessuto adiposo

(poca quantità), nella placenta e sangue cordonale ma anche nel sangue pe-

riferico. Svolgono un ruolo di supporto all’ematopoiesi e hanno una funzio-

ne di richiamo delle cellule staminali ematopoietiche (homing). Insomma ri-

chiamano le cellule staminali che circolano nel midollo osseo per accorrere a

una carenza ematopoietica e con la secrezione di fattori di crescita e intera-

zioni cellula-cellula ne favoriscono il differenziamento per mantenere il circolo

sanguigno (globuli rossi, bianchi e piastrine).

DIFFERENZIAMENTO OSTEOGENICO richiede: acido ascorbico (vit.

• C), desametasone e B Glicerofosfato.

DIFFERENZIAMENTO CONDROGENICO richiede: vit. C, insulina

• hTGFbeta1, poli-lisina.

DIFFERENZIAMENTO ADIPOGENICO richiede: insulina, 3isobutil meti-

• lxantina e desametasone.

CELLULE STAMINALI PLURIPOTENTI INDOTTE iPS

Si tratta di cellule somatiche a cui è stata ridata la staminalità in laboratorio,

cellule staminali artificiali. Sono stati ottenuti da un gruppo di ricercatori (Ya-

manaka) che hanno publicato su CELL, nel 2006, come poter riprodurre

queste cellule da fattori ben definiti (Oct24, Sox2, c-Myc e Klf4). Furono tro-

vati i geni dello stato differenziato. Scoprirono che il gene Fbx15 è attivo solo

nelle cellule embrionali, indispensabile per la pluripotenza. Intuirono che do-

veva essere così perché le cellule embrionali possedevano i fattori capaci di

interagire sulle sequenze regolatorie del gene in questione. Furono dunque

clonate le regioni regolatorie per Fbx15 a monte del gene Neo (resistenza

alla nemicina). Successivamente è stato estratto l’mRNA messaggero dalle

cellule staminali e retrotrascritto in cDNA. Questo è stato inserito all’interno di

sequenze virali per trasfettarlo a fibroblasti embrionali murini in contempora-

nea agli elementi regolatori associati a Neo. Tutto ciò è stato fatto per capire,

nelle numerosissime librerie di cDNA che hanno costruito, quali fossero le

sequenze in grado di codificare regioni regolatorie di Fbx15, selezionate dalla

resistenza alla neomicina. Dunque l’induzione della pluripotenza viene in-

dividuata come RESISTENZA ALLA NEOMICINA e le uniche colonie resi-

stenti erano SOLO quelle che contenevano i fattori Oct4, Sox2, c-Myc, e Klf4.

REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE

Una cellula differenziata esce dal ciclo cellulare (passa in G0). Ma quelle non

differenziate che seguono un ciclo cellulare, per poter entrare nelle diverse

fasi devono seguire degli schemi ben precisi.

La durata poi, può variare di cellule in cellule (da alcune ore ad alcuni anni)

cui interfase occupa il 90%. Nella G1 la cellula sintetizza le macromolecole, si

prepara alla divisione del DNA che è la successiva (S), nella G2 la cellula

continua ad accrescersi preparandosi alla divisione.

Ogni evento è sotto stretto controllo della cellula e se questa dovesse pre-

sentare delle anomalie genera una risposta atta al recupero/ripristino delle

condizioni corrette e qualora il tutto non fosse recuperabile genera una rispo-

sta di morte per apoptosi (vedi morte cellulare). Quindi se tutto va bene si

passa alla fase successiva, se invece c’è qualche anomalia si arresta e o ri-

prende dopo aver risolto l’anomalia o muore. I segnali che dicono a una cellu-

la che può rimanere nel ciclo cellulare sono fattori di crescita che le dicono

che l’ambiente extracellulare è favorevole alla crescita. Esse, una volta finita

la fase M possono entrare in una fase di quiescenza che è la fase G0 e la

sua permanenza può essere permanente, passeggera o anche inesistente.

Una cellula che è tipica dover passa-

re da G0 al ciclo cellulare è il fibro-

blasto della pelle ove, per esempio,

a causa di una ferita, le piastrine ri-

lasciano un fattore di crescita che si

lega ad uno specifico recettore che

le induce a rientrare nel ciclo. In

questo caso non sono i fibroblasti

che mantengono il turnover a sosti-

tuire quelli che a seguito della ferita

sono stati danneggiati ma quelli

quiescenti. Si tratta dunque di un

meccanismo di trasduzione del

segnale in cui vengono secreti spe-

cifici fattori di crescita che si legano a specifici recettori che ne inducono poi

la risposta.

SISTEMI MODELLO

Tale fenomeno di controllo e regolazione è STRETTAMENTE COLLEGATO

AL DIFFERENZIAMENTO,

tutto ciò che si conosce su

questa tematica è stato

scoperto grazie a dei SI-

STEMI MODELLO che

sono qui sotto elencati:

• OVOCITI/UOVA ANFIBI o

MOLLUSCHI

• LIEVITI

• DROSOPHILA

• LINEE CELLULARI

• ANIMALI

OVOCITI:

Queste cellule sono molto utili in questo tipo di studio in quanto presenti con-

temporaneamente tutte alla stessa fase del ciclo (popolazione sincrona). In

questo modo sarà più facile ottenere gli stessi fattori in grosse quantità oltre-

ché fare degli studi molecolari a riguardo proprio per il numero di cellule che

si possono avere allo stesso momento. Queste cellule possono essere ma-

neggiate mediante trattamento ormonale. Bloccate in interfase regolarmente,

con l’aggiunta di progesterone passano alla Meiosi I fino a bloccarsi alla Me-

tafase II. Tutte le cellule si troveranno contemporaneamente bloccate nella

stessa fase e passeranno da una fase all’altra in maniera sincrona. È possibi-

le studiare un gene o proteine, solo quando il materiale di partenza è a suffi-

cienza e una metodica di questo tipo permette proprio una situazione del ge-

nere, proprio per il numero elevato di cellule ottenibili e di conseguenza di

estratti citoplasmatici. Solitamente si utilizzano le LINEE IMMORTALIZZATE

(esperimenti di fusione cellulare) ossia i diversi stadi cellulari vengono fusi.

Ad esempio, fondendo due cellule in cui una è in G1 e l’altra è in S, il ciclo

che sta in G1 viene spinto a passare in S. Se invece si fondono in S e G2

succede che il primo continua il suo ciclo, mentre nel secondo non avviene

una nuova sintesi. Questo significa che esistono dei fattori diffusibili che con-

trollano i cicli cellulari.

LIEVITI

Sono utilizzati molto nei laboratori, per d