La genesi del nostro scheletro cellulare, immagine per immagine

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Gli scienziati dell’Università di Ginevra hanno ricostruito per la prima volta un filmato dell’assemblaggio del centriolo umano, una delle strutture essenziali che compongono le nostre cellule.

Modello di centriolo umano tagliato lungo l’asse longitudinale e visto dal
Modello di centriolo umano tagliato lungo l’asse longitudinale e visto dall’alto. CentrioloLab
Le cellule contengono diverse strutture specializzate - come il nucleo, i mitocondri e i perossisomi - note come "organelli". Tracciare la loro genesi e determinare la loro struttura è fondamentale per comprendere il funzionamento delle cellule e le patologie legate alla loro disfunzione. Gli scienziati dell’Università di Ginevra hanno combinato microscopia ad altissima risoluzione e tecniche di ricostruzione cinematica per visualizzare, in movimento, la genesi del centriolo umano. Questo organello, essenziale per l’organizzazione dello scheletro cellulare, è associato - se disfunzionale - ad alcuni tumori, disturbi cerebrali e malattie della retina. Questa ricerca, pubblicata sulla rivista Cell, contribuisce a chiarire le complessità dell’assemblaggio dei centrioli. Inoltre, apre molte nuove strade per lo studio di altri organelli cellulari.

La genesi degli organelli avviene secondo una precisa sequenza di eventi successivi che comportano il reclutamento di diverse proteine. La visualizzazione di questo assemblaggio in tempo reale permette di comprendere meglio il ruolo di queste proteine nella struttura o nella funzione dell’organulo. Tuttavia, esistono limitazioni tecniche per ottenere una sequenza video con una risoluzione sufficiente a distinguere componenti microscopici così complessi.

Gonfiare le cellule per una migliore osservazione

Ciò è particolarmente vero per il centriolo. Questo organello misura meno di 500 nanometri, ovvero mezzo millesimo di millimetro, ed è composto da circa 100 proteine diverse organizzate in sei domini sottostrutturali. Fino a pochi anni fa era impossibile visualizzare in dettaglio la struttura del centriolo. Il laboratorio di Paul Guichard e Virginie Hamel, co-direttori della ricerca presso il Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare della Facoltà di Scienze dell’Università di Ginevra, ha cambiato tutto questo grazie all’utilizzo della tecnica di microscopia a espansione. Questa tecnica all’avanguardia consente di gonfiare progressivamente le cellule e i loro componenti senza deformarle, in modo da poterle osservare - con microscopi convenzionali - ad altissima risoluzione.

"Siamo stati in grado di riposizionare queste migliaia di immagini prese a caso, per ricostruire le diverse fasi della formazione delle sottostrutture del centriolo".

Ottenere immagini del centriolo con una risoluzione così elevata permette di individuare l’esatta posizione delle proteine in un determinato momento, ma non fornisce alcuna informazione sull’ordine di comparsa dei domini sottostrutturali o di ciascuna proteina. Marine Laporte, ex assistente del gruppo di Ginevra e prima autrice dello studio, ha quindi utilizzato la microscopia a espansione per analizzare la posizione di 24 proteine nei sei domini in più di mille centrioli in diverse fasi di "crescita".

Immagini in movimento

A questo lavoro molto faticoso è seguita una ricostruzione cinematica pseudo-temporale. In altre parole, siamo stati in grado di rimettere in ordine cronologico queste migliaia di immagini prese a caso durante la biogenesi del centriolo, per ricostruire le diverse fasi di formazione delle sottostrutture del centriolo, utilizzando un’analisi computerizzata che abbiamo sviluppato", spiega Virginie Hamel, corresponsabile dello studio.

Questo approccio unico, che combina l’altissima risoluzione della microscopia a espansione e la ricostituzione cinematica, ci ha permesso di modellare il primo assemblaggio 4D del centriolo umano. Il nostro lavoro non solo approfondirà la comprensione della formazione dei centrioli, ma aprirà anche incredibili prospettive nella biologia cellulare e molecolare, poiché questo metodo può essere applicato ad altre macromolecole e strutture cellulari per studiarne l’assemblaggio nello spazio e nel tempo", conclude Paul Guichard.

10 aprile 2024