Uno speciale gruppo di proteine ​​che aiuta a srotolare il DNA durante la divisione cellulare svolge un ruolo chiave nel mantenere le cellule staminali nel loro stato immaturo, secondo un nuovo studio dei ricercatori dell'UNC School of Medicine.

Lo studio, pubblicato sulla rivista online eLife , illumina la biologia di base delle cellule staminali, e suggerisce una nuova maniglia molecolare per controllarli. Le cellule staminali hanno proprietà rigenerative con il potenziale per rivoluzionare la medicina, ma quel potenziale è ancora lontano dall'essere realizzato perché si sa troppo poco su come funzionano queste cellule. Lo studio punta anche a una migliore comprensione di come le cellule tumorali riescano a sostenere una rapida divisione cellulare senza innescare la morte cellulare.

"Studi come questo aiutano a spiegare la biologia sottostante delle cellule in rapida divisione e possono informare lo sviluppo di terapie future, ad esempio terapie con cellule staminali o trattamenti contro il cancro, ", ha affermato l'autore senior dello studio Jean Cook, dottorato di ricerca, professore di biochimica e biofisica all'UNC e membro dell'UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center.

Lo studio si è concentrato su un gruppo di proteine ​​chiamato complesso di mantenimento del minicromosoma (MCM), noto per essere un fattore cruciale nella divisione cellulare. Una cellula si prepara in parte al processo di divisione caricando i complessi MCM sui suoi cromosomi. Questi complessi sono necessari per svolgere adeguatamente il DNA cromosomico durante la divisione cellulare in modo che due nuovi set di cromosomi, uno per ogni cellula figlia, possano essere formati dal set originale.

"Se il caricamento di MCM non viene completato con successo prima della divisione cellulare, ci sarà il rischio di importanti mutazioni del DNA e morte per le cellule figlie risultanti, " ha detto il primo autore dello studio Jacob Matson, un dottorando nel laboratorio Cook che ha eseguito la maggior parte degli esperimenti nel corso di tre anni.

Nonostante l'importanza del caricamento MCM, i tipi di cellule variano notevolmente nel tempo che devono preparare per la divisione cellulare. Cellule staminali, Per esempio, passare attraverso questa fase preparatoria – nota come fase G1 del ciclo cellulare – in una piccola frazione del tempo impiegato da persone più mature, cellule "differenziate", come, dire, cellule della pelle o cellule del muscolo cardiaco. Il modo in cui le cellule staminali riescono a passare rapidamente attraverso la fase G1 senza rischiare un caricamento incompleto di MCM e il conseguente danno al DNA è stato un mistero.

Una possibilità è che le cellule staminali mantengano in qualche modo tassi di carico MCM più elevati, in modo che possano eseguire il carico necessario all'interno delle finestre G1 più corte. Indagare, i ricercatori hanno utilizzato un test sensibile che hanno sviluppato per misurare la velocità di caricamento dell'MCM. Hanno scoperto che le cellule staminali caricano effettivamente i complessi MCM molto più rapidamente di quanto non siano maturi, cellule differenziate. Infatti, costringere chimicamente queste cellule staminali a differenziarsi in cellule più mature ha notevolmente rallentato i tassi di caricamento MCM delle cellule in maturazione.

L'accoppiamento tra carico di MCM e differenziazione cellulare ha funzionato anche nella direzione opposta.

"Indurre un carico MCM più lento nelle cellule staminali ha fatto sì che si differenziassero più rapidamente, " ha detto Matson.

I risultati suggeriscono che la velocità di caricamento dell'MCM è un fattore importante nello sviluppo cellulare, e che il caricamento rapido di MCM in particolare è qualcosa che le cellule staminali fanno per mantenersi nell'immaturo, stato delle cellule staminali.

I risultati suggeriscono anche che indurre un rapido caricamento di MCM in cellule più mature può aiutare a trasformarle di nuovo in cellule staminali. La "riprogrammazione" delle cellule ordinarie in cellule staminali – note come cellule staminali pluripotenti indotte – viene ora eseguita di routine nei laboratori di tutto il mondo ed è vista come una potenziale fonte futura di cellule staminali per le terapie. Ma i metodi standard utilizzati per questa riprogrammazione non sono così efficienti come vorrebbero i ricercatori.

"In teoria, accelerare artificialmente il caricamento di MCM renderebbe questo processo di riprogrammazione più efficiente, "ha detto Cuoco.

Lei e i suoi colleghi ora stanno cercando di capire meglio i meccanismi biologici attraverso i quali le cellule aumentano o diminuiscono i loro tassi di carico MCM.

I ricercatori dell'UNC stanno anche studiando il ruolo dei tassi di carico di MCM nei tumori. Per esempio, alcune cellule tumorali sono molto soggette a errori del DNA durante la divisione. Cook e colleghi sospettano che in alcuni casi questa "instabilità genomica" derivi dall'incapacità delle cellule di aumentare i tassi di caricamento dell'MCM man mano che la loro divisione cellulare accelera.

Altre cellule cancerose, in particolare quelli con proprietà simili a stelo, possono riuscire ad aumentare i loro tassi di caricamento MCM per mantenersi vitali. Se è così, i farmaci che riducono il tasso di carico di MCM potrebbero costringere tali tumori a una crescita più lenta, stato meno maligno, o addirittura ucciderli rendendoli vulnerabili a danni eccessivi al DNA durante la divisione cellulare.

Cuoco ha aggiunto, "Sospettiamo che il caricamento rapido di MCM sia un aspetto importante del modo in cui le cellule tumorali riescono a crescere rapidamente senza danneggiare eccessivamente il loro DNA. È un obiettivo che vale la pena perseguire".