Come le forze meccaniche estrudono le cellule dai tessuti
Segnali fisici come dispositivo di segnalazione
I tessuti epiteliali sono in costante interazione con il loro ambiente. Per mantenere la loro funzionalità, è necessario un equilibrio dinamico (omeostasi). Il numero di cellule deve essere strettamente regolato. Ciò si ottiene attraverso programmi di estrusione cellulare, un meccanismo di controllo che elimina le cellule indesiderate o dannose. I ricercatori del Centro Max Planck per la Fisica e la Medicina (MPZPM), dell'Institut Jacques Monod (CNRS, UP Cité, Francia) e dell'Istituto Niels Bohr (Danimarca) hanno ora dimostrato come i segnali fisici influenzino il destino delle cellule estrusive e ne determinino la morte o la sopravvivenza.
Le forze intercellulari portano a differenti modelli di estrusione
© MPL, Susanne Viezens
I risultati, pubblicati di recente su "Nature Physics", aprono nuove strade per la comprensione delle proprietà dei tessuti in condizioni normali e patologiche.
Gli epiteli sono dinamici e devono costantemente affrontare il rinnovamento cellulare. Per questo motivo, le cellule vengono regolarmente rimosse da un tessuto, il che è chiamato estrusione apoptotica. Il loro equilibrio è fondamentale per l'omeostasi epiteliale. Oltre a questo ruolo nell'omeostasi tissutale, l'estrusione cellulare è una delle cause principali dei cambiamenti nella struttura del tessuto e della progressione tumorale. I meccanismi di estrusione determinano il destino delle cellule: A seconda che le cellule vengano rimosse vive o morte, possono verificarsi conseguenze biologiche fondamentalmente diverse. Ciò è particolarmente importante per i processi di sviluppo durante la formazione di tessuti o organi e per lo sviluppo di malattie come il cancro. Nonostante l'enorme importanza dell'estrusione cellulare nello sviluppo e nell'invecchiamento e il suo impatto patologico, i fattori che determinano il destino di una cellula estrusa sono stati poco conosciuti.
Le forze meccaniche intercellulari determinano il destino delle cellule estruse
All'interno dei monostrati epiteliali, le cellule esercitano forze sulle cellule vicine, che possono portare al distacco e alla successiva eliminazione delle cellule. Mentre l'estrusione di cellule morte è essenziale per la rimozione di cellule inadatte o indesiderate, l'estrusione di cellule vive svolge un ruolo chiave nei processi di sviluppo ed è spesso associata a reazioni patologiche. Il team guidato dal Prof. Benoît Ladoux, ricercatore senior in "Mechanobiology of Tissues" presso il MPZPM, in collaborazione con il Prof. Amin Doostmohammadi del Niels Bohr Institute e il Dr. René-Marc Mège dell'Institut Jacques Monod, ipotizza che le forze fisiche all'interno delle cellule epiteliali influenzino il modo in cui vengono estruse, determinandone così il destino finale.
Gli scienziati sono riusciti a dimostrare che l'intensità e la durata della forza applicata determinano se le cellule vengono espulse vive o morte. Questi segnali fisici sono determinati dalla forza dei contatti intercellulari, le connessioni di E-caderina. Inoltre, hanno dimostrato che le cellule vengono estruse apicalmente o basalmente nel tessuto, sempre a seconda delle forze meccaniche intercellulari. I ricercatori hanno anche riferito che, analogamente all'invasione cellulare, le cellule eliminate vive hanno una probabilità significativamente maggiore di essere associate all'estrusione verso la parte basale.
I team di Ladoux, Mege e Doostmohammadi hanno combinato la modellazione fisica degli assemblaggi cellulari tridimensionali con esperimenti in cui le cellule esprimevano quantità diverse di proteine specifiche. Queste proteine collegano le cellule e fungono da meccanosensori (basati sulla E-caderina) che regolano le interazioni cellula-cellula. In un approccio di ricerca collaborativo con il team del dottor Philippe Chavrier (Istituto Curie), gli scienziati sono riusciti a dimostrare che un'alterazione della trasmissione della forza attraverso le connessioni cellula-cellula (giunzioni di aderenza) altera la morte apoptotica delle cellule durante l'estrusione. Hanno anche potuto dimostrare che l'alterazione della trasmissione della forza promuove uno spostamento della modalità di estrusione dal lato apicale a quello basale, influenzando così il destino delle cellule estruse.
"Il nostro lavoro dimostra che i diversi tipi di processi di estrusione cellulare sono dovuti a cambiamenti nella generazione, nell'esercizio e nella trasmissione di forze meccaniche all'interno del tessuto, che portano a cambiamenti a livello di geni e proteine", afferma Ladoux. "Pertanto, la trasmissione di forze intercellulari regolata dalla comunicazione cellula-cellula è cruciale per i meccanismi di estrusione cellulare, con potenziali implicazioni per la morfogenesi e l'invasione delle cellule tumorali".
"Il nostro lavoro dimostra anche l'importanza della capacità dei tessuti epiteliali di interagire tra loro attraverso contatti cellulari aderenti per la regolazione della trasmissione della forza. Questo può aiutare a comprendere meglio il ruolo dei contatti tra cellule aderenti in diversi tipi di tessuti tumorali", aggiungono i dottori Lakshmi Balasubramaniam e Siavash Monfared, primi autori del lavoro.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Lakshmi Balasubramaniam, Siavash Monfared, Aleksandra Ardaševa, Carine Rosse, Andreas Schoenit, Tien Dang, Chrystelle Maric, Mathieu Hautefeuille, Leyla Kocgozlu, Ranjith Chilupuri, Sushil Dubey, Elisabetta Marangoni, Bryant L. Doss, Philippe Chavrier, René-Marc Mége, Amin Doostmohammadi, Benoit Ladoux; "Dynamic forces shape the survival fate of eliminated cells"; Nature Physics, 2025-1-8
Altre notizie dal dipartimento scienza
