Biologia cellulare (parte della prof.ssa Donati)

ASC: impoverita durante l'invecchiamento dell'organismo

Non sono tumorigeniche

Non presentano problemi dirigetto in caso di trapianto autologo

Ci sono diverse necessità da soddisfare prima che le ASC (e anche le ESC) possano essere utilizzate in terapia cellulare:

• Devono poter essere facilmente isolate, quindi accessibili
• Devono poter essere espanse in vitro senza perdere staminalità e potenzialità differenziativa
• Devono poter essere veicolate al tessuto danneggiato in modo efficiente e selettivo
• Devono poter sopravvivere nel tessuto danneggiato e differenziare con alta efficienza

Il premio Nobel per la medicina 2012 è stato attribuito a John Gurdon e Shinya Yamanaka per il contributo alle ricerche sulla riprogrammazione delle cellule adulte in staminali e per avere aperto una nuova strada per la medicina rigenerativa. Loro studiarono le cellule IPSCellule staminali pluripotenti indotte (IPS)Cellule staminali pluripotenti indotte

(iPS) vengono prodotte mediante inserimento nelle cellule somatiche di specifici fattori trascrizionali presenti nelle cellule staminali totipotenti. Yamanaka dimostrò che 4 fattori trascrizionali sono sufficienti per riprogrammare l'espressione genica di un fibroblasto in una cellula staminale (infettandola con vettori virali) e sono: Oct4, cMyc, Klf4, Sox2. Forzò la trascrizione e vide che si poteva riprogrammare l'espressione genica di tale cellula somatica. Il trapianto di iPS in topi immunodepressi provoca lo sviluppo di tumori come il trapianto di ESC. È proprio la formazione di teratomi la prova che le cellule iPS sono pluripotenti. Uno dei problemi da risolvere per un eventuale impiego di iPS a scopo terapeutico riguarda l'uso di Myc; per riprogrammare le cellule adulte. Questo gene è infatti in grado, in certe circostanze, di trasformare le cellule adulte. Il gruppo di Yamanaka ha dimostrato che, sebbene con una minore efficienza, la

studiare i meccanismi molecolari coinvolti in quella patologia e per lo screeningdi potenziali farmaci.

• Modelli di malattie per studiare i geni coinvolti e i meccanismi molecolari
• Screening di farmaci

Sono rare cellule all'interno di un organo con la capacità di auto-rigenerarsi e di riformare i tipi cellulari di cui l'organo è composto contribuendo alla rigenerazione dell'organo

Sono poche cellule all'interno di un tumore che guidano la tumorigenesi (crescita e la metastatizzazione)

Nuova ipotesi sul cancro:

1. I tumori derivano da cellule staminali tumorali che hanno proprietà delle cellule staminali normali, in particolare capacità di auto-rinnovamento e multipotenzialità
2. La crescita deregolata del tumore è dovuta ad una perturbazione del meccanismo di regolazione delle cellule staminali.
3. Il cancro è una malattia delle cellule staminali e non un semplice

Meccanismo in base al quale la proliferazione cellulare è alterata. Caratteristiche comuni alle cellule staminali normali e del cancro:

• Divisione asimmetrica - Mantenimento della nicchia staminale
• Tessuto normale: si autorigenerano per mantenere la nicchia staminale durante tutta la vita dell'organismo
• Tumore: si autorigenerano per permettere la crescita del tumore stesso
• Differenziamento in diversi tipi cellulari
• Danno origine ad una popolazione eterogenea di cellule che compongono l'organo o il tumore. In quest'ultimo caso le cellule acquistano la capacità di crescita incontrollata
• Sono regolate dagli stessi segnali intracellulari
• I segnali che controllano l'automantenimento nelle cellule staminali normali sono invece regolati nelle cellule staminali tumorali

Come si originano le cellule staminali del cancro? C'è una precisa gerarchia fra i vari tipi di cellule del tumore.

Modello della cellula staminale del cancro:

Nei tumori non tutte le cellule (meno dell'1%) sono clonogeniche e tumorigeniche se re-iniettate in vivo. La presenza delle cellule staminali all'interno di un tumore può spiegare le ricadute? Parzialmente si. Quindi le future terapie dovranno tenere in considerazione anche le cellule staminali presenti in un tumore.

Via di segnalazione di Hedgehog

Le proteine Hedgehog sono proteine secrete che agiscono come mediatori locali e morfogeni nello sviluppo di vertebrati e invertebrati. Le proteine Hedgehogs sono state scoperte in Drosophila nel 1980, la mutazione del gene Hedgehog produce una larva ricoperta di denticoli che ricorda un riccio (Hedgehog). Nei vertebrati ci sono tre diverse proteine Hedgehog: Sonic Hedgehog, Desert Hedgehog e Indian Hedgehog.

In modo simile a Wnt, Hedgehog attiva la trascrizione di specifici geni conseguentemente all'attivazione per proteolisi di una proteina latente. Un'eccessiva segnalazione può portare alla formazione di tumori.

regola geni chiamati (Cubitus NeiCi interruptus). Mammiferi Ci è (Gli 1, 2 e 3). In assenza di Hedgehog, Ci è normalmente Glidegradata, in seguito a fosforilazione da parte di PKA, GSK3 e CK1, da un complesso multiproteico di cui fanno parte la proteina "impalcatura" (che lega i microtubuli), la eCostal2 serina-treonina chinasi Fused SuFu (Suppressor of Fused). La degradazione proteolitica genera un frammento proteico che si accumula nel nucleo e agisce da trascrizionalico-repressore (tiene spenti i geni bersaglio di Hedgehog).

Quando la via di Hedgehog è attiva, Smoothened nella membrana plasmatica recluta Ci, Fused e Costal2. Costal2 non è più in grado di legare PKA, GSK3 e CK1 così che Ci non è più fosforilata e degradata. Quando viene internalizzato Patched viene poi degradato nei lisosomi e Smoothened trasloca nella membrana. Ci può quindi entrare nel nucleo e attivare la trascrizione di geni bersaglio, fra cui lo stesso.

Patched (circuito negativo) ma anche Wnt

Il gene che codifica per Patched è spesso mutato in carcinomi della pelle. Per trattare tumori associati a un'eccessiva proliferazione di Hedgehog sono stati fatti studi su molecole che derivano da una molecola chiamata ciclopamina, isolata da una specie di giglio selvatico che cresce negli Stati Uniti occidentali, Veratrum californicum. La ciclopamina si lega strettamente a Smoothened e lo inibisce. La ciclopamina è stata identificata perché causava gravi difetti nello sviluppo della progenie di pecore che pascolavano in prati in cui erano presenti questi gigli. Questi difetti includono la presenza di un unico occhio in posizione centrale (ciclopia).

L'iperattivazione della via di Hedgehog induce le cellule staminali a continuare a dividersi anche dopo aver lasciato la lamina basale (diverse forme di cancro dell'epidermide).