Una sonata di geni

Sarebbe un bel passo avanti, quello che ci permetterebbe di rifornirci di globuli rossi in laboratorio, senza i problemi di disponibilità, controlli sanitari e di compatibilità ai quali il sangue di un donatore deve sottostare. Lo studio di Didier Trono, pubblicato su Science, ha permesso di conoscere meglio la via da attraversare per arrivare a questo traguardo, oggi ancora lontano. 

Sembra di sentirlo nella mente: un organista che modula l’intensità della sua Messa da requiem con pedali e tastiera. I tasti sono i geni che vengono attivati o disattivati a seconda del momento metabolico della cellula e i pedali regolano l’intensità del suono, come fanno alcuni sistemi di regolazione genica. Questo è il paragone che fa Didier Trono, virologo svizzero, per spiegare come il suo team abbia capito la regolazione di alcuni geni che sono responsabili dello sviluppo delle cellule staminali in globuli rossi. Il suo studio, pubblicato su Science, potrebbe rivelarsi importante sia per studiare alcune malattie del sangue, sia per una possibile stimolazione delle cellule staminali e la conseguente produzione di globuli rossi in laboratorio.

I geni che si attivano come i tasti di un organo o di un pianoforte: è l’efficace metafora usata dai ricercatori del team svizzero per spiegarne l’attivazione secondo il ciclo metabolico cellulare (Immagine: "Shostakovich", olio su tela di Francesco D'Adamo, per gentile concessione dell’autore)

Perché un virologo
Perché un virologo studia la progressione dell’emopoiesi, ovvero di quel meccanismo che permette di avere globuli rossi a partire dalle cellule staminali del midollo osseo? Dipende dal fatto che il gruppo di geni studiati dal centro di Losanna (dominio KRAB), è conosciuto come inibitore di una parte di genoma dei mammiferi chiamati retroelementi, perché deriva da una incorporazione stabile di Retrovirus, risalente a 350 milioni di anni fa. Lo studio di Trono ha messo in evidenza come il sistema delle proteine sintetizzate dai geni KRAB, insieme al cofattore KAP1 (chiamato quindi sistema KRAB/KAP1), sia in grado di promuovere una particolare fase di maturazione dei globuli rossi, la mitofagia.

La mitofagia
Molti studi sono stati compiuti dai biologi in questi anni per capire come avvengano nella cellula “le pulizie di casa”, in grado di demolire gli organuli vecchi senza innescare un processo di morte cellulare. La mitofagia è una speciale forma di autofagia, nella quale i mitocondri vengono demoliti a opera dei lisosomi (vedi immagine sotto): in questo modo il globulo rosso ottimizza il trasporto di ossigeno, che si legherà solamente all’emoglobina senza entrare nel mitocondrio.

Immagine di una vescicola autofagica inglobata in una doppia membrana nel rene di un topo da laboratorio. (Immagine: Géraldine Mitou, Hikmet Budak, Devrim Gozuacik  – CC-by 2.0)

Ruolo dei mitocondri
Nelle cellule eucariote i mitocondri infatti sono indispensabili per produrre energia sotto forma di ATP in presenza di ossigeno. Inoltre il mitocondrio è un organello molto importante per la regolazione del ciclo cellulare, la sintesi di colesterolo e la produzione di calore. Grazie allo studio di Trono è stato possibile verificare che una mutazione che disturba l’attività del sistema KRAB/KAP1 induce anemia. Anna Katharina Simon, immunologa dell’Università di Oxford, studia invece l’accumulo di mitocondri danneggiati o di radicali liberi nei linfociti e il loro legame con le leucemie: «anche se non richiedono l’eliminazione dei mitocondri per il loro sviluppo, i linfociti hanno lo stesso fenotipo dei globuli rossi, e la stessa tendenza a morire quando si accumulano mitocondri danneggiati o radicali liberi», leggiamo sulla pagina dedicata alle sue ricerche. Inoltre capire meglio come avvenga la mitofagia potrebbe ampliare in generale la conoscenza dell'attività mitocondriale, che in alcuni casi è stata vista come fattore scatenante o predisponente di alcune malattie (epatopatie, obesità, attacchi di cuore e Parkinson).

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