5.2 C
Bruxelles
Martedì, febbraio 7, 2023

Un video surreale di cellule stressate aiuta i biologi a risolvere un mistero vecchio di decenni

DISCLAIMER: Le informazioni e le opinioni riprodotte negli articoli sono quelle di chi le dichiara ed è sotto la propria responsabilità. La pubblicazione su The European Times non significa automaticamente avallo del punto di vista, ma il diritto di esprimerlo.

codeimg - Il video surreale di cellule stressate aiuta i biologi a risolvere un mistero vecchio di decenni

Gli scienziati dell'Università di Pittsburgh e della Carnegie Mellon University hanno risolto un mistero vecchio di decenni su come le cellule controllano il loro volume.


Stanze affollate: come i ricercatori della Carnegie Mellon University e dell'Università di Pittsburgh hanno risolto un mistero cellulare.

Un video surreale di cellule stressate al microscopio ha ispirato un gruppo di fisiologi e biologi renali del Università di Pittsburgh e Carnegie Mellon University indagare su un mistero: come fanno le cellule a controllare il loro volume?

La loro ricerca, che è stata recentemente pubblicata sulla rivista Cella, mostra come i ricercatori hanno collegato i puntini su un enigma che è stato inizialmente presentato tre decenni fa con un po' di fortuna. 


"Stavamo conducendo esperimenti di imaging di fluorescenza dal vivo che non erano correlati a questo studio e quando abbiamo aggiunto una soluzione salina alle cellule, il materiale citoplasmatico interno si è rapidamente trasformato in una lampada lava fluorescente", ha affermato Daniel Shiwarski, Ph.D., postdottorato ricercatore presso la Carnegie Mellon University, descrivendo come lui e sua moglie, l'autore principale Cary Boyd-Shiwarski, MD, Ph.D., abbiano trasformato un fortuito esperimento in una scoperta inaspettata.

[Contenuto incorporato]
In questo video, le chinasi WNK (un tipo di enzima) sono fluorescenti e diffuse in tutta la cellula. Quando vengono esposti a una soluzione salina, si fondono in goccioline più grandi, simili alla sostanza appiccicosa verde brillante in una lampada di lava. Questo processo, chiamato "separazione di fase", è il modo in cui la cellula sa di dover riportare sia l'acqua che gli ioni, tornando al suo stato originale in pochi secondi. Credito: Boyd-Shiwarski, et al., Cell (2022)

"L'ho guardata e lei mi ha chiesto cosa stava succedendo, come avrei dovuto sapere", ha detto. "E ho detto: 'Non ne ho idea, ma penso che probabilmente sia qualcosa di importante!'"


Quando le cellule vengono improvvisamente esposte a un fattore di stress esterno, come livelli elevati di sale o zucchero, il loro volume può diminuire. All'inizio degli anni '1990, gli scienziati credevano che le cellule riguadagnassero il loro volume tenendo in qualche modo traccia della loro concentrazione proteica o di quanto fosse "affollata" la cellula. Tuttavia, non erano a conoscenza di come la cella percepisse l'affollamento.

svg%3E - Il video surreale di cellule stressate aiuta i biologi a risolvere un mistero vecchio di decenni

Da sinistra a destra: il dottor Daniel Shiwarski, il dottor Arohan Subramanya e il dottor Cary Boyd-Shiwarski. Credito: Jake Carlson/UPMC

Quindi, all'inizio degli anni 2000, le chinasi senza lisina, o "WNK", sono state identificate come un nuovo tipo di enzima. Per anni, gli scienziati hanno teorizzato che le chinasi WNK invertissero il restringimento cellulare, ma come lo facessero era inspiegabile.

Il nuovo studio risolve entrambi gli enigmi rivelando come le chinasi WNK attivano l'"interruttore" che ripristina l'equilibrio del volume cellulare attraverso un processo noto come separazione di fase.


"L'interno di una cellula contiene citosol, e generalmente la gente pensa che questo citosol sia diffuso, con tutti i tipi di molecole che fluttuano in una soluzione perfettamente miscelata", ha detto l'autore senior Arohan R. Subramanya, MD, professore associato nel Renal-Electrolyte Divisione presso la Pitt's School of Medicine e medico del personale presso il VA Pittsburgh Healthcare System. “Ma c'è stato questo cambio di paradigma nel nostro pensiero su come funziona il citosol. È davvero come un'emulsione con un mucchio di piccoli, minuscoli ammassi proteici e goccioline, e poi quando si verifica uno stress come il sovraffollamento, si uniscono in grandi goccioline che spesso puoi vedere con un microscopio.

Quelle goccioline liquide erano la "lampada lava" che Shiwarski e Boyd-Shiwarski stavano vedendo quel fatidico giorno in cui sperimentarono l'aggiunta di una soluzione salina alle cellule. Avevano etichettato in modo fluorescente le WNK, che erano diffuse in tutto il citosol, facendo brillare l'intera cellula. Quando è stato aggiunto il sale, i WNK si sono uniti, formando grandi globuli verde neon che trasudavano intorno alla cellula come la sostanza appiccicosa in una lampada lava.

Il team ha caratterizzato ciò che vedevano come separazione di fase, ovvero quando le WNK si condensano in goccioline insieme alle molecole che attivano i trasportatori di sale della cellula. Questo passaggio consente alla cella di importare sia ioni che acqua, riportando il volume della cella al suo stato originale in pochi secondi.

La separazione di fase è un'area di interesse emergente, ma è stato controverso se questo processo fosse o meno una parte importante della funzione cellulare.

"Ci sono un sacco di persone là fuori che non credono che la separazione di fase sia fisiologicamente rilevante", ha spiegato Boyd-Shiwarski, assistente professore nella Divisione Renal-Electrolyte presso la Pitt's School of Medicine. "Pensano che sia qualcosa che accade in una provetta quando si sovraesprimono le proteine ​​o si verifica come un processo patologico, ma in realtà non accade nelle normali cellule sane".

Ma negli ultimi sei anni, il team ha condotto numerosi studi utilizzando fattori di stress simili alle fluttuazioni che si verificano all'interno del corpo umano per dimostrare che la separazione di fase delle WNK è una risposta funzionale all'affollamento.

Il recupero del volume cellulare ha implicazioni anche per la salute umana, ha spiegato Subramanya: "Uno dei motivi per cui siamo così entusiasti è che il prossimo passo per noi è riportarlo nel rene".

Altre WNK attivano il trasporto del sale all'interno delle cellule del tubulo renale quando i livelli di potassio sono bassi formando condensati specializzati attraverso la separazione di fase, chiamati corpi WNK. Le moderne diete occidentali sono spesso povere di potassio, quindi mentre tentano di regolare il volume cellulare, i corpi WNK possono contribuire all'ipertensione sensibile al sale.


Sebbene la nuova scoperta non avrà applicazioni cliniche immediate, il team è entusiasta di prendere ciò che ha appreso ed esplorare le connessioni tra WNK, separazione di fase e salute umana. Alla fine, il loro lavoro potrebbe portare a una migliore comprensione di come prevenire ictus, ipertensione e disturbi dell'equilibrio del potassio.

Riferimento: "Le chinasi WNK rilevano l'affollamento molecolare e salvano il volume cellulare tramite la separazione di fase" di Cary R. Boyd-Shiwarski, Daniel J. Shiwarski, Shawn E. Griffiths, Rebecca T. Beacham, Logan Norrell, Daryl E. Morrison, Jun Wang, Jacob Mann, William Tennant, Eric N. Anderson, Jonathan Franks, Michael Calderon, Kelly A. Connolly, Muhammad Umar Cheema, Claire J. Weaver, Lubika J. Nkashama, Claire C. Weckerly, Katherine E. Querry, Udai Bhan Pandey, Christopher J. Donnelly, Dandan Sun, Aylin R. Rodan e Arohan R. Subramanya, 31 ottobre 2022, Cella.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.09.042

Lo studio è stato finanziato dal National Institutes of Health e dal Dipartimento per gli affari dei veterani degli Stati Uniti. 



- Annuncio pubblicitario -

Più da parte dell'autore

- Annuncio pubblicitario -
- Annuncio pubblicitario -
- Annuncio pubblicitario -
- Annuncio pubblicitario - spot_img

Devi leggere

Articoli Recenti