Uno tsunami di ioni calcio per riparare le ferite

Saper riparare in fretta un danno cellulare è indispensabile per sopravvivere. I principali attori coinvolti in questo processo sono gli ioni calcio, che agiscono attraverso circuiti molecolari conservati nel corso dell’evoluzione. I livelli di ioni calcio aumentano rapidamente nel citoplasma delle cellule che circondano una ferita per poi propagarsi anche al tessuto circostante. Ma che cosa innesca questi “tsunami” di ioni calcio?

La risposta arriva da un gruppo di ricercatori della Vanderbilt University (Stati Uniti) che ha monitorato in tempo reale e con un livello di precisione mai raggiunto finora la propagazione di ioni calcio in seguito a una ferita: lo studio dimostra che i flussi di ioni calcio seguono un andamento molto più complesso del previsto e offrono così agli organismi la capacità di reagire ai danni in modo versatile e specifico per ogni tipo di ferita.

Dal centro della ferita (il cerchio nero) si propagano flussi di ioni calcio in ondate successive (Video: Vanderbuilt University, Youtube).

 

Come si propagano i flussi di calcio dopo una ferita?

Per descrivere la propagazione degli ioni calcio da una ferita, i ricercatori si sono serviti di un laser UV ad alta precisione, che ha permesso di creare danni microscopici localizzati a una singola cellula. Gli esperimenti sono stati condotti su pupe di Drosophila melanogaster che esprimono una proteina transgenica: in presenza di ioni calcio la proteina diventa fluorescente e permette di tracciare la distribuzione degli ioni attorno alla ferita.

Da questi esperimenti è emerso che anche il più breve degli impulsi laser può avere ripercussioni sulle cellule adiacenti a quella danneggiata. Subito dopo la ferita (nel giro di 1-100 millisecondi), un primo flusso di ioni calcio penetra nelle cellule che circondano la ferita. A seguire, sono le cellule sane circostanti che registrano una rapida ondata di ioni calcio: più è ingente la ferita, più rapido è il flusso di calcio. Se il danno è molto diffuso e ha causato la morte delle cellule, circa 45 secondi dopo compare anche una seconda ondata di calcio: questo flusso si muove più lentamente ma, a differenza del primo, raggiunge cellule più lontane.

L’analisi ha mostrato che, a seconda dell’entità della ferita, non cambia solo l’intensità delle ondate di calcio ma anche la direzione in cui si propagano: le prime due ondate si disperdono in modo simmetrico dal centro della ferita, mentre i flussi successivi causano picchi direzionali di ioni calcio che “affondano” in profondità nei tessuti circostanti. Questi picchi assomigliano ai brillamenti che si sollevano dalla superficie del Sole: nel caso delle ferite, i picchi di ioni calcio durano all’incirca dieci secondi e per 30 minuti circa continuano a formarsene di nuovi.
Questo video rilasciato dalla Vanderbuilt University mostra la dinamica di diffusione delle diverse ondate di ioni calcio.

 

Tsunami di ioni calcio per chiamare i rinforzi

Il ruolo del calcio nella riparazione delle ferite è già noto da tempo; rimaneva da capire la dinamica alla base di queste ondate di ioni. Per spiegare come le cellule danneggiate “chiamano i rinforzi”, sono state messe sul piatto due modelli. Secondo la prima ipotesi le cellule danneggiate rilasciano nei fluidi extracellulari altre molecole: queste, a loro volta, innescano nelle cellule circostanti il rilascio a cascata di altri ioni calcio che infine modificano il comportamento delle cellule. Per esempio, le cellule epiteliali iniziano a migrare verso il tessuto danneggiato e a saldare la ferita. La seconda ipotesi prevede invece che il flusso di ioni calcio venga trasmesso in modo diretto da cellula a cellula mediante giunzioni comunicanti (gap junctions).

Lo studio ha dimostrato che non c’è competizione tra i due meccanismi: anzi, le cellule si servono di entrambi per amplificare la potenza del segnale e generare “tsunami” di ioni calcio che investono i tessuti circostanti e aumentano la possibilità di ricevere rinforzi. Questo sistema, molto più complesso di quanto previsto fino ad oggi, permetterebbe di modulare l’intensità del flusso di ioni in funzione del danno e di innescare risposte adatte ai diversi tipi di ferite. Conoscere le basi molecolari della riparazione delle ferite è il primo passo per ideare terapie su misura per i pazienti, come per esempio i diabetici, in cui i processi di guarigione sono rallentati e possono causare gravi conseguenze per la salute.

 

Immagine Banner: Riparazione di una ferita in Drosophila, Wikimedia Commons

Immagine Box: Pixabay

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