In un nuovo articolo di revisione, Carlo Maley e colleghi dell'Arizona State University descrivono fenomeni cellula-in-cellula in cui una cellula ne inghiotte e talvolta ne consuma un'altra. Lo studio mostra che casi di questo comportamento, incluso il cannibalismo cellulare, sono diffusi in tutto l'albero della vita.
I risultati mettono in discussione la percezione comune secondo cui gli eventi cellula-in-cellula sono in gran parte limitati alle cellule tumorali. Piuttosto, questi eventi sembrano essere comuni a diversi organismi, dalle amebe unicellulari agli animali multicellulari complessi.
La diffusione diffusa di tali interazioni nelle cellule non tumorali suggerisce che questi eventi non sono comportamenti intrinsecamente “egoistici” o “cancerosi”. Piuttosto, i ricercatori propongono che i fenomeni cellula-in-cellula possano svolgere un ruolo cruciale nel normale sviluppo, nell'omeostasi e nella risposta allo stress in un'ampia gamma di organismi.
Lo studio sostiene che il targeting degli eventi cellula-in-cellula come approccio al trattamento del cancro dovrebbe essere abbandonato, poiché questi fenomeni non sono esclusivi della neoplasia.
Dimostrando che gli eventi abbracciano un’ampia gamma di forme di vita e sono profondamente radicati nella nostra composizione genetica, la ricerca ci invita a riconsiderare i concetti fondamentali di cooperazione cellulare, competizione e natura complessa della multicellularità. Lo studio apre nuove strade per la ricerca nel campo della biologia evolutiva, dell'oncologia e della medicina rigenerativa.
La ricerca, pubblicata su Scientific Reports , è il primo a studiare sistematicamente i fenomeni cellula-in-cellula nell'albero della vita. Le scoperte del gruppo potrebbero aiutare a ridefinire la comprensione del comportamento cellulare e delle sue implicazioni per la multicellularità, il cancro e il viaggio evolutivo della vita stessa.
"Abbiamo iniziato questo lavoro perché abbiamo imparato che le cellule non si limitano a competere per le risorse, ma si uccidono e si mangiano attivamente a vicenda", afferma Maley. "Si tratta di un aspetto affascinante dell'ecologia delle cellule tumorali. Ma ulteriori esplorazioni hanno rivelato che questi fenomeni si verificano nelle cellule normali e talvolta nessuna delle due cellule muore, dando origine a un tipo completamente nuovo di cellula ibrida."
Maley è un ricercatore presso il Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society; professore presso la Scuola di Scienze della Vita dell'ASU; e direttore dell'Arizona Cancer Evolution Center.
Lo studio è stato condotto in collaborazione con la prima autrice Stefania E. Kapsetaki, ex ASU e ora ricercatrice presso la Tufts University, e Luis Cisneros, ex ASU e attualmente ricercatore presso la Mayo Clinic.
Gli eventi cellula-in-cellula sono stati osservati a lungo ma rimangono poco compresi, soprattutto al di fuori del contesto delle risposte immunitarie o del cancro. I primi geni responsabili del comportamento cellula-cellula risalgono a oltre 2 miliardi di anni fa, suggerendo che i fenomeni svolgono un ruolo importante, anche se ancora da determinare, negli organismi viventi. Comprendere le diverse funzioni degli eventi cellula-in-cellula, sia nella fisiologia normale che nella malattia, è importante per sviluppare terapie antitumorali più efficaci.
La revisione approfondisce la comparsa, le basi genetiche e la storia evolutiva dei fenomeni cellula-in-cellula, facendo luce su un comportamento una volta ritenuto un'anomalia. I ricercatori hanno esaminato più di 500 articoli per catalogare le varie forme di fenomeni cellula in cellula osservati nell'albero della vita.
Lo studio descrive 16 diversi gruppi tassonomici in cui si riscontra il comportamento cellula-in-cellula. Gli eventi cellula in cellula sono stati classificati in sei categorie distinte in base al grado di parentela tra le cellule ospite e preda, nonché al risultato dell'interazione (se una o entrambe le cellule sono sopravvissute).
Nello studio viene evidenziato uno spettro di comportamenti cellula per cellula, che va da atti completamente egoistici, in cui una cellula ne uccide e ne consuma un'altra, a interazioni più cooperative, in cui entrambe le cellule rimangono in vita. Ad esempio, i ricercatori hanno trovato prove di "uccisione eterospecifica", in cui una cellula ingloba e uccide una cellula di una specie diversa, in un'ampia gamma di organismi unicellulari, multicellulari facoltativi e multicellulari obbligati. Al contrario, l'"uccisione conspecifica", in cui una cellula consuma un'altra cellula della stessa specie, era meno comune, osservata solo in tre dei sette principali gruppi tassonomici esaminati.
Gli organismi multicellulari obbligati sono quelli che devono esistere in una forma multicellulare durante tutto il loro ciclo di vita. Non possono sopravvivere o funzionare come singole cellule. Gli esempi includono la maggior parte degli animali e delle piante. Gli organismi multicellulari facoltativi sono organismi che possono esistere come singole cellule o in forma multicellulare a seconda delle condizioni ambientali. Ad esempio, alcuni tipi di alghe possono vivere come singole cellule in alcune condizioni, ma formare colonie multicellulari in altre.
Il team ha anche documentato casi di fenomeni cellula-in-cellula in cui sia la cellula ospite che quella preda sono rimaste in vita dopo l'interazione, suggerendo che questi eventi potrebbero svolgere importanti funzioni biologiche oltre alla semplice uccisione dei concorrenti.
"La nostra categorizzazione dei fenomeni cellula-in-cellula nell'albero della vita è importante per comprendere meglio l'evoluzione e il meccanismo di questi fenomeni", afferma Kapsetaki. "Perché e come si verificano esattamente? Questa è una domanda che richiede ulteriori indagini su milioni di organismi viventi, compresi gli organismi in cui i fenomeni cellula-in-cellula potrebbero non essere ancora stati studiati."
Oltre a catalogare i diversi comportamenti cellula per cellula, i ricercatori hanno anche studiato le origini evolutive dei geni coinvolti in questi processi. Sorprendentemente, hanno scoperto che molti dei geni chiave cellula-in-cellula sono emersi molto prima dell'evoluzione della multicellularità obbligata.
"Quando osserviamo i geni associati ai meccanismi cellula-in-cellula conosciuti in specie che si sono differenziate dalla linea umana molto tempo fa, si scopre che gli ortologi umani (geni che si sono evoluti da un gene ancestrale comune) sono tipicamente associati a normali funzioni della multicellularità, come la sorveglianza immunitaria," dice Cisneros.
In totale, sono stati identificati 38 geni associati ai fenomeni cellula-in-cellula, e 14 di questi hanno avuto origine oltre 2,2 miliardi di anni fa, precedendo l'antenato comune di alcuni organismi multicellulari facoltativi. Ciò suggerisce che il meccanismo molecolare per il cannibalismo cellulare si è evoluto prima delle principali transizioni verso la multicellularità complessa.
Gli antichi geni cellula-in-cellula identificati nello studio sono coinvolti in una varietà di processi cellulari, tra cui l’adesione cellula-cellula, la fagocitosi (fagocimento), l’uccisione intracellulare di agenti patogeni e la regolazione del metabolismo energetico. Questa diversità di funzioni indica che gli eventi cellula-in-cellula probabilmente svolgevano ruoli importanti anche negli organismi unicellulari e multicellulari semplici ben prima dell'emergere della vita multicellulare complessa.
Ulteriori informazioni: Stefania E. Kapsetaki et al, Fenomeni cellula in cellula attraverso l'albero della vita, Rapporti scientifici (2024). DOI:10.1038/s41598-024-57528-7
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Fornito dall'Arizona State University
