Cellule tumorali: un led blu per far luce sulla mitofagia, il processo di smaltimento rifiuti che le tiene in vita
I ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Roma “Tor Vergata” hanno scoperto che l’uso di un led blu aiuta a studiare la mitofagìa, uno dei processi che mantengono in vita le cellule tumorali. La scoperta è stata pubblicata dalla prestigiosa rivista scientifica “Nature Communications”. Sensori biologici applicati alla cellule, capaci di ricevere impulsi di luce blu (la stessa che può essere utilizzata per illuminare un acquario tropicale), controllano l'avvio e l'arresto del processo di smaltimento rifiuti, la mitofagìa appunto, comportandosi come dei mini-interruttori. Tale processo si attiva in tutte le cellule ma in modo più efficace nelle cellule tumorali. La luce blu è inoffensiva e ha effetti completamente reversibili, per questo l’utilizzo della nuova tecnica potrebbe rivelarsi molto utile nelle applicazioni terapeutiche.
La nuova tecnica a luce blu,messa a punto dal Dipartimento di Biologia dell’Università di Roma “Tor Vergata”, in collaborazione con l'Area di Onco-ematologia dell'Ospedale Pediatrico Bambino Gesù e la Società Danese per il Cancro di Copenhagen, consente di studiare un processo cellulare al rallentatore. Il metodo è chiamato "optogenetica" e permette di avviare e arrestare processi vitali all'interno delle cellule. «Un po’ quello che succede con la tecnica della moviola nel montaggio cinematografico, con la riproduzione rallentata di un filmato e la possibilità di arresto in corrispondenza di una singola immagine» - spiega Francesco Cecconi, Dipartimento di Biologia di Roma “Tor Vergata”, e responsabile della nuova ricerca. - Soltanto che in questo caso al posto degli attori, troviamo le proteine e i ricercatori hanno l'opportunità di vederle nel dettaglio all'interno delle cellule». In origine l'optogenetica ha consentito di studiare flussi di ioni nei neuroni, associando la luce blu alla capacità di alcune proteine, specie di natura vegetale, di rispondervi istantaneamente.
Con questa nuova scoperta, i ricercatori di “Tor Vergata” hanno dimostrato che il metodo può essere utilizzato per studiare in che modo funziona il sistema di riciclaggio dei rifiuti delle cellule cancerogene.
«In condizioni di stress o in mancanza di nutrienti - prosegue Francesco Cecconi - le cellule dei nostri tessuti si vedono costrette ad ottimizzare l’uso delle proprie risorse energetiche per poter sopravvivere. Oltre a risparmiare energia, durante questo periodo la cellula cerca anche di recuperare nutrienti preziosi riciclando molte delle sue stesse componenti, attraverso un processo conosciuto come autofagìa». Quello che gli scienziati vogliono conoscere in dettaglio è come le cellule tumorali regolano lo smaltimento di una particolare forma di rifiuto al loro interno, ovvero i mitocondri. Questi, che agiscono come impianti cellulari di produzione energetica, nel corso del tempo vanno incontro a un continuo logorio. La mitofagìa è una particolare forma di autofagia che consente lo smaltimento dei mitocondri logorati. Sebbene questo processo abbia luogo quotidianamente in tutte le nostre cellule, anche se a livelli molto modesti, nelle cellule tumorali la mitofagìa funziona a ritmi serrati e si trasforma in un importante strumento bioenergetico consentendo così alle cellule tumorali di sopravvivere alle reazioni di difesa da parte del nostro organismo e di proliferare - afferma Cecconi -. Avere finalmente a disposizione gli strumenti per studiare ogni fase di questo processo con così tanta cura è davvero eccitante! Una maggiore conoscenza di come le cellule tumorali regolano il loro sistema di stoccaggio e riciclaggio dei rifiuti, fra cui i mitocondri logorati, in futuro potrebbe essere alla base di nuovi trattamenti».
Esistono già diversi metodi di laboratorio per avviare il processo di mitofagía nelle cellule, ma questi si basano su composti chimici molto aggressivi, in grado di innescare contemporaneamente molti altri processi nelle nostre cellule, ma soprattutto senza la possibilità di interromperli una volta avviati. «La luce blu è inoffensiva e ha effetti completamente reversibili, per questo l’utilizzo di questa nuova tecnica potrebbe rivelarsi molto utile nelle applicazioni terapeutiche», evidenzia Cecconi.
Il primo passo della nuova tecnica è consistito nell'utilizzare l'ingegneria genetica per applicare una molecola fotosensibile - una sorta di sensore - alle proteine che gli scienziati conoscono come "iniziatori" della mitofagía, come ad esempio la proteina AMBRA1. «La parte sensibile alla luce si attiva quando le cellule sono illuminate con luce blu. Se ciò accade, la proteina AMBRA1 viene a sua volta indotta a generare una vescicola cellulare specifica, l'autofagosoma, che inghiotte i mitocondri e innesca la mitofagía. Questa tecnica ci consente di individuare le proteine attivate e quelle disattivate quando accendiamo o spegniamo la luce blu (anche per intervalli molto brevi di tempo). In questo modo possiamo apprendere quali proteine o quali loro modificazioni siano coinvolte nella regolazione della mitofagía. Oggi non sappiamo quasi nulla sulle fasi iniziali del processo di mitofagìa, ma siamo ottimisti sul fatto che i primi momenti possano essere la chiave per capire come, attraverso trattamenti futuri, il processo possa essere attivato o interrotto», conclude Francesco Cecconi. Questa nuova tecnica apre, inoltre, un’ulteriore possibilità: manipolare la funzione dei linfociti - le cellule prodotte dal nostro sistema immunitario. I linfociti sono vitali per la difesa del nostro organismo contro il cancro. Utilizzare la tecnica a luce blu per prelevare da pazienti oncologici i linfociti, che vengono poi modificati e re-introdotti nel paziente, potrebbe costituire un trattamento nuovo ed efficace per una varietà di tumori, incluse le leucemie.
“Reversible induction of mitophagy by an optogenetic bimodular system” Nature Communications 10, (2019)