Cuori autorigeneranti
Come i pesci zebra rigenerano le cellule del muscolo cardiaco
I pesci zebra possono sostituire completamente le cellule del muscolo cardiaco danneggiate: L'organo colpito diventa di nuovo completamente funzionale. Come ci riescono? I ricercatori dell'Università di Ulm hanno scoperto che uno specifico segnale di comunicazione tra cellule li aiuta a gestire meglio lo stress da replicazione. Questo stress si verifica durante la divisione cellulare e inibisce la rigenerazione dei tessuti negli esseri umani e nei mammiferi quando invecchiano. Nei pesci zebra, invece, una proteina di segnalazione assicura che le cellule dell'organo danneggiato continuino a dividersi e quindi a moltiplicarsi. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.
Zebrafish
Elvira Eberhardt
Nell'uomo, un attacco cardiaco spesso porta a danni permanenti perché il tessuto colpito non si rigenera a sufficienza. I pesci zebra, invece, possono compensare le lesioni al cuore che coprono fino a un terzo dell'organo. "Un'attività di divisione sufficientemente efficace delle cellule muscolari cardiache è cruciale per il successo della rigenerazione del tessuto leso", spiega il professor Gilbert Weidinger dell'Istituto di Biochimica e Biologia Molecolare (iBMB) dell'Università di Ulm. Lo scienziato ha coordinato uno studio che rivela perché i pesci zebra sono molto più bravi degli esseri umani a riparare i danni ai tessuti del cuore. Il team di ricerca ha scoperto che uno speciale segnale di comunicazione tra cellule è fondamentale. Questa cosiddetta proteina di segnalazione BMP aiuta i pesci zebra a gestire lo stress da replicazione.
Lo stress da replicazione ostacola la divisione cellulare nell'uomo, non nel pesce zebra
Quando il DNA viene replicato durante la divisione cellulare, la cellula può subire uno stress da replicazione: Lesioni del DNA, rotture di filamenti o persino una mancanza di nucleotidi - i mattoni del DNA - portano a un rallentamento o addirittura a un arresto della replicazione. Le cellule non possono più dividersi e moltiplicarsi a sufficienza e il tessuto non si rigenera più. "I risultati della nostra ricerca hanno dimostrato che anche le cellule dei pesci zebra sono esposte a questo stress durante la riparazione di un danno tissutale, ma sono in grado di affrontarlo molto meglio", spiega Weidinger. La proteina di segnalazione BMP le aiuta a farlo. L'abbreviazione BMP sta per "Bone Morphogenetic Protein". Le BMP fanno parte di un sistema di segnalazione che svolge un ruolo chiave nello sviluppo embrionale e nello sviluppo degli organi. Queste molecole di segnalazione, che agiscono localmente sulle cellule circostanti, aiutano le cellule di zebrafish a sfruttare il loro pieno potenziale rigenerativo. "Anche in caso di lesioni che colpiscono fino a un terzo delle cellule del muscolo cardiaco, i pesci zebra sono in grado di ripristinare il numero originale di cardiomiociti entro 30 giorni", spiega Denise Posadas Pena. La dottoranda dell'iBMB è coautrice dello studio pubblicato su Nature Communications.
Il team di ricerca è riuscito anche a migliorare in modo sperimentale e significativo la capacità rigenerativa delle cellule umane. Gli scienziati hanno testato questo risultato su cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC) e cellule della pelle. Quando queste cellule sono sottoposte a stress da replicazione in coltura, la segnalazione delle BMP può proteggerle. "I risultati della ricerca possono aiutare a sviluppare nuovi approcci terapeutici per una migliore rigenerazione dei tessuti. In modo che i tessuti feriti possano guarire meglio", ritiene Gilbert Weidinger.
"I nostri risultati dimostrano che i cuori rigenerati dei pesci zebra possono servire da modello per i processi anti-invecchiamento. Ci aiutano a identificare i fattori che potrebbero alleviare o addirittura invertire i processi di invecchiamento", afferma il professor Hartmut Geiger, esperto di cellule staminali. Anche il direttore dell'Istituto di Medicina Molecolare di Ulm è stato coinvolto nello studio. Al progetto di ricerca hanno partecipato scienziati di Ulm, Bonn, Heidelberg, Bologna, Oxford e Zurigo. Lo studio è stato finanziato nell'ambito del Centro di ricerca collaborativo di Ulm SFB 1506 "Aging at Interfaces".
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Pubblicazione originale
Mohankrishna Dalvoy Vasudevarao, Denise Posadas Pena, Michaela Ihle, Chiara Bongiovanni, Pallab Maity, Dominik Geissler, Hossein Falah Mohammadi, Melanie Rall-Scharpf, Julian Niemann, Mathilda T. M. Mommersteeg, Simone Redaelli, Kathrin Happ, et al. "BMP signaling promotes zebrafish heart regeneration via alleviation of replication stress"; Nature Communications, Volume 16, 2025-2-17
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