Organoidi 3D forniscono indizi sulla biologia delle cellule staminali
L’omeostasi tissutale è strettamente controllata e un’eventuale perturbazione può provocare malattie o il cancro. In condizioni normali, le cellule staminali endogene del tessuto ricevono segnali che consentono loro di auto-rinnovarsi o differenziarsi in modo da mantenere lo stato stazionario del tessuto. Sebbene la regolazione trascrizionale sia fondamentale per il controllo dei numeri di cellule staminali, poco si sa sul ruolo delle modificazioni post-trascrizionali e post-traslazionali, quali la metilazione dell’RNA e l’ubiquitinazione delle proteine, nella biologia delle cellule staminali. Organoidi intestinali: un sistema modello per lo studio delle cellule staminali Intrapreso con il supporto del programma Marie Curie, il progetto IntestineUb, finanziato dall’UE, ha studiato diversi aspetti della biologia delle cellule staminali quali la multipotenza, l’aggiornamento e la differenziazione in organoidi intestinali primari 3D. Lo sperimentatore principale del progetto, la dott.ssa Ya-Lin Huang spiega, «gli organoidi intestinali primari costituiscono un potente modello di sistema in vitro, in quanto ricapitolano l’organizzazione dell’epitelio in vivo e allo stesso tempo rispondono sostanzialmente a tutte le tecnologie sperimentali». È stata data enfasi agli enzimi implicati nella metilazione dell’RNA, quali la famiglia Nop2/SUN (NSUN) di RNA metiltransferasi e gli enzimi deubiquitinanti (DUB) noti per il loro ruolo nella degradazione delle proteine. L’obiettivo era quello di caratterizzare il modello di espressione di questi enzimi e fenotipi di perdita di funzione nelle cellule staminali, identificando quelli necessari per la regolazione del numero di cellule staminali. Utilizzando la tecnologia CRISPR/Cas9, i ricercatori hanno eseguito studi di perdita di funzione in organoidi intestinali e cheratinociti cutanei, intervenendo su vari geni NSUN e DUB. L’approfondita ingegneria genetica e la realizzazione di saggi in vitro hanno contribuito a esaminare l’effetto degli NSUN e DUB candidati nelle vie di segnalazione note coinvolte nel controllo omeostatico. In un’altra parte del progetto IntestineUb, gli scienziati hanno studiato il ruolo del percorso di segnalazione Wnt nella proliferazione delle cellule staminali intestinali. Sebbene il percorso Wnt sia stato ampiamente studiato in vari tipi di cellule staminali, la maggior parte delle relazioni affronta gli effetti della segnalazione Wnt attraverso l’attivazione trascrizionale mediante β-catenina. IntestineUb si è focalizzato sulla segnalazione Wnt/STOP, che agisce indipendentemente dalla β-catenina e dalla trascrizione e regola l’abbondanza di proteine attraverso la degradazione. I ricercatori hanno convalidato la funzione della segnalazione Wnt/STOP negli organoidi intestinali e hanno scoperto che era mirata ai DUB. Verso la rigenerazione dei tessuti e la terapia del cancro Indubbiamente, l'analisi dei percorsi regolatori delle cellule staminali è fondamentale per comprendere in quale modo l’omeostasi perturbata provochi malattie e cancro. Nonostante decenni di ricerca, si sa molto poco sulla funzione degli enzimi NSUN e DUB nell’omeostasi delle cellule staminali epiteliali. La dott.ssa Huang sottolinea che «l’originalità e la natura innovativa del progetto IntestineUb risiedono nella combinazione dell’analisi biochimica di NSUN e DUB con la fisiologia dell’omeostasi delle cellule staminali epiteliali». I risultati dello studio forniscono conoscenze senza precedenti sulla biologia delle cellule staminali e gettano le basi per le future indagini sugli enzimi NSUN e DUB alla ricerca di bersagli terapeutici. I piani futuri riguardano principalmente la delucidazione del ruolo fisiologico dei principali geni candidati NSUN e DUB in vivo utilizzando modelli murini knockout. Da un punto di vista clinico, i risultati di IntestineUb potrebbero alimentare la ricerca sugli inibitori che modulano la funzione delle cellule staminali e potenzialmente attenuano l’iperplasia. Inoltre, secondo la dott.ssa Huang «la comprensione della biologia e delle proprietà delle cellule staminali tissutali rappresenta la chiave per le terapie rigenerative».
Parole chiave
IntestineUb, cellula staminale, DUB, NSUN, organoide intestinale, enzima, omeostasi, iperplasia, segnalazione Wnt, in vitro, dosaggio, CRISPR/Cas9
