Esiste un’autorità nelle cellule che decide quale percorso intraprendere? Sì, sotto forma di gruppi di molecole all’interno della cellula. I ricercatori del Politecnico di Zurigo lo hanno dimostrato in un nuovo studio.
Una cellula può agire in modo sorprendentemente complesso e deve prendere le decisioni appropriate: La cellula può crescere e moltiplicarsi, riposare per un po’, specializzarsi o invecchiare e morire. Questo vale non solo per le cellule dei mammiferi, ma anche per microbi apparentemente semplici.
Le cellule prendono le loro decisioni non solo in base ai segnali provenienti dall’esterno, ma anche in base a indicazioni interne, come l’età o la quantità di energia disponibile. Per garantire che le cellule dispongano di tutte le informazioni interne, le molecole dell’intera cellula si riuniscono in un unico luogo e formano accumuli che possono avere diverse consistenze. Possono essere liquidi, gel o solidi. Gli scienziati chiamano questi punti di assemblaggio cellulare delle molecole di informazione "condensati".
Grumi per il processo decisionale
In precedenza non era chiaro come si formassero esattamente questi condensati e come funzionasse lo scambio cellulare di informazioni. I ricercatori del Politecnico di Zurigo, guidati dal professore di biologia Yves Barral, hanno ora scoperto proprio questo nelle cellule di lievito. Il loro studio è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica Molecular Cell.
Per capire come questi assemblaggi molecolari influenzino le decisioni delle cellule di lievito, i ricercatori si sono concentrati sull’invecchiamento cellulare. "L’invecchiamento delle cellule può avvenire indipendentemente dal loro ambiente, quindi è adatto a questo studio", spiega Tom Peskett, postdoc nel gruppo di Barral e primo autore dello studio.
Due condensati devono interagire
Lui e i suoi colleghi hanno catturato singole cellule di lievito utilizzando metodi microfluidici, in cui vengono analizzate minuscole quantità di liquido. Utilizzando un microscopio ottico, hanno poi osservato come le cellule si dividevano e invecchiavano a ogni divisione, fino a morire dopo tre o quattro giorni. I ricercatori hanno notato che con l’aumentare dell’età si formavano all’interno delle cellule alcuni condensati proteici, i cosiddetti corpi P e Whi3.
Per avviare il processo di invecchiamento delle cellule, i due condensati lavorano insieme, come hanno potuto dimostrare i ricercatori. I condensati legano le molecole di RNA e sopprimono la produzione di proteine coinvolte nel ciclo di divisione cellulare. "Tuttavia, se impediamo la formazione di uno dei due condensati, le cellule non invecchiano più. Di conseguenza, vivono più a lungo e subiscono più divisioni", spiega Peskett.
Per studiare l’importanza dell’interazione tra i condensati, i biologi dell’ETH hanno innescato artificialmente la formazione dei condensati Whi3. Di conseguenza, le cellule hanno iniziato a invecchiare prima del solito. "Questo dimostra chiaramente che gli aggregati proteici influenzano la decisione della cellula di ritirarsi e di avvicinarsi alla fine della sua vita", afferma il professor Yves Barral dell’ETH. Tuttavia, questo trucco ha funzionato solo nelle cellule che contenevano entrambi i condensati, cioè i condensati Whi3 e i corpi P. "L’interazione tra i due condensati è quindi fondamentale", conclude Barral.
Decisione attiva contro l’accoppiamento
I condensati hanno anche portato alla decisione di annullare i tentativi di accoppiamento. Le giovani cellule di lievito si accoppiano inviandosi segnali con determinati attrattori (feromoni). Non appena si riconoscono, decidono di smettere di dividersi e di formare processi di accoppiamento per fondersi con un’altra cellula di lievito. Finora i ricercatori pensavano che le vecchie cellule di lievito fossero sterili e non reagissero ai feromoni dei potenziali partner di accoppiamento.
Tuttavia, i ricercatori dell’ETH hanno scoperto che le cellule vecchie reagiscono ai feromoni. Tuttavia, decidono molto rapidamente di abbandonare i tentativi di accoppiamento. "Questa decisione è dovuta ai condensati. Se ne impediamo la formazione, anche le cellule vecchie reagiscono ai feromoni come quelle giovani", sottolinea Barral.
Nel complesso, questi risultati dimostrano che questa rete di condensati controlla due decisioni molto diverse: terminare il ciclo cellulare ed evitare l’accoppiamento in età avanzata. "I condensati sono una sorta di "feromone" cellulare che permette alla cellula di valutare la sua età o la presenza di potenziali partner di accoppiamento per adattare il suo comportamento di conseguenza", spiega Barral.
I risultati mostrano anche che i condensati e le loro interazioni spiegano come le molecole di tutta la cellula si uniscono per scambiarsi informazioni importanti. "È come se si organizzassero in comitati molecolari che controllano le decisioni della cellula", aggiunge Peskett.
Cambiare le decisioni con i farmaci
Molte cellule prendono decisioni che sono dannose per noi come individui: Le cellule tumorali decidono di moltiplicarsi rapidamente. I batteri decidono di entrare in uno stato di quiescenza quando entrano in contatto con gli antibiotici. E si risvegliano per infettare nuovamente l’uomo. Le nostre cellule staminali smettono di produrre nuove cellule quando invecchiamo, quindi le ferite non guariscono più così rapidamente.
"I risultati offrono un nuovo approccio per modificare queste decisioni. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche, ad esempio per sviluppare farmaci che colpiscano specificamente i condensati, in modo che queste conoscenze possano un giorno essere applicate clinicamente", sottolinea Barral.
Riferimenti bibliografici
Peskett TR, Farcas AM, Lee SS, Barral Y: A network of P-body and Whi3 condensates adjusts cell fate decisions to cellular context, Molecular Cell 2025 Oct 2;85(19):3661-3676.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2025.09.001
