Lo conosci Ted??

Chi si è mai trovato a cercare i propri amici in un luogo affollato come per esempio i negozi il 24 dicembre o un concerto con centinaia o migliaia di persone? I cellulari non funzionano, tutto intorno abbiamo sconosciuti che ci bloccano il passaggio… insomma non è per niente facile!

Persone in arrivo al concerto dei Rolling Stones di luglio 2017 a Lucca (foto de Il Corriere Fiorentino)

Adesso immaginiamo di essere una proteina dentro una cellula. Dobbiamo trovare i nostri compagni perché le proteine funzionano spesso in gruppo… ma se il concerto di cui sopra era affollato, l’interno della cellula è una bolgia infernale! Ci sono 10 miliardi (10.000.000.000) di proteine!!

Simulazione che mostra l’affollamento delle proteine all’interno di una cellula.

Ecco quindi la domanda che si sono posti i ricercatori protagonisti del nostro articolo odierno: come può fare una povera proteina a trovare i suoi compagni in mezzo a questo marasma?

In ogni articolo scientifico si parla di interazioni tra proteine come se fossero la cosa più naturale del mondo, quindi ci deve essere un modo semplice per far incontrare le proteine giuste tra di loro.

La risposta fino a ieri: all’interno della cellula ci sono gli organelli, spazi delimitati da membrane dove determinate proteine si concentrano in modo che si possano incontrare più facilmente; un po’ come se al concerto ci fosse un tendone chiuso dove solo chi ha il pass speciale può entrare.

La nuova risposta: in più ai compartimenti già conosciuti, esiste un nuovo organello che non è delimitato da nessuna membrana, il granulo TIS il quale deve la sua esistenza ad una proteina che per ora chiameremo Barney. Barney è amico di Ted ed in mezzo alla folla picchietta sulla spalla di una bella proteina che starebbe proprio bene con Ted. Questa si gira e Barney le chiede: “lo conosci Ted?”. Senza l’intervento dell’amico Barney non ci sarebbe mai stato l’incontro tra Ted e la bella proteina in quella confusione.

Barney in realtà si chiama TIS11B mentre il nostro Ted è un mRNA, ovvero un filamento su cui sono scritte le istruzioni per assemblare delle proteine. TIS11B gira in coppia con l’mRNA ed appena vede la proteina che gli serve, ci si attacca. Proteina, mRNA, e TIS11B si troveranno a questo punto in uno spazio preciso seppur non delimitato da membrane. Questo spazio prende il nome di TIGER in quanto è formato da Granuli TIS vicino al Reticolo Endoplasmatico (abbreviato ER, è l’organello incaricato di leggere gli mRNA per produrre proteine), e lo possiamo vedere in questa immagine:

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In verde vediamo il Reticolo Endoplasmatico (ER) ed in rosso il nuovo organello senza membrana, TIGER.

Ora che abbiamo svelato l’identità di Barney e di Ted non ci resta che capire chi è la bella proteina che incontrerà l’mRNA: TIS11B seleziona varie proteine transmembrana (che attraversano cioè una membrana da una parte all’altra come le integrine). Una di queste è PD-L1, oggetto delle ricerche sull’immunoterapia dei dottori Allison ed Honjo, premi Nobel per la medicina 2018!

Purtroppo servirebbe un altro articolo per capire a cosa serve PD-L1, ma per ora accontentiamoci di sapere che il nuovo organello TIGER la fa funzionare meglio.

Già di per sé poter dire di aver scoperto un nuovo organello è incredibile.. è un po’ come se qualcuno domani scoprisse un nuovo organo nel corpo umano! Per di più questa scoperta potrebbe contribuire a rendere ancora più efficaci le immunoterapie!


Qui il link alla ricerca originale:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31315-1#secsectitle0010

Eee… usiamo questo ultimo post del 2018 per farvi gli auguri di Buon Natale e felice anno nuovo!!

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Tesoro, mi si sono ingrandite le cellule!

3b-4Wooow!! Questo è quello che ci siamo detti in laboratorio quando siamo riusciti a generare l’immagine 3D che vedete qui.

Magari qualcuno sa già cosa stiamo guardando… si tratta di una cellula in mitosi, ovvero una cellula che si sta sdoppiando per dare origine a due cellule figlie. In rosso vediamo lo scheletro della cellula (i microtubuli) ed in blu il DNA organizzato in cromosomi.

Ma per quanto sia bello e ipnotico guardare questa ricostruzione 3D di cellule col loro DNA, il nostro WOW era dovuto alla tecnica particolare che abbiamo usato per produrre questa immagine: l’Expansion Microscopy. Tale tecnica è stata messa a punto da un gruppo di ricercatori di Boston, che si sono guadagnati quindi il posto d’onore nell’articolo di oggi.

Alla base dell’Expansion Microscopy ci sono un problema complesso ed una soluzione tanto semplice quanto geniale.

Il problema: ogni sistema ottico, che sia l’occhio umano, una lente di ingrandimento, un microscopio o un telescopio, possiede una certa risoluzione. La risoluzione è la distanza minima che può esserci tra due punti affinché si capisca che i due punti sono effettivamente separati. Se per esempio mettiamo su un tavolo 2 granelli di pepe a mezzo millimetro di distanza l’uno dall’altro e chiediamo a qualcuno un po’ lontano dal tavolo di contare i granelli, probabilmente la nostra cavia non saprà dirci se i granelli sono 1, 2 o magari 3. Lo stesso problema c’è anche con i telescopi (chi conosce le stelle binarie?) e con i microscopi. Per via di alcune proprietà fisiche delle lenti (le lenti dei nostri occhi, ma anche quelle dei microscopi ottici e dei telescopi) la risoluzione massima che può essere raggiunta anche dal microscopio ottico migliore del mondo è di circa 200 nanometri, ovvero 0,0002 millimetri. Certo, è una distanza molto piccola, ma nelle cellule abbiamo a che fare con delle vere e proprie miniature e a volte questa risoluzione non basta.

La soluzione: I nostri eroi hanno pensato che se i microscopi non potevano più essere migliorati, allora forse era il momento di migliorare le cellule! Perché non ingrandirle prima di osservarle? Avete presente quei dinosauri che si gonfiano in acqua? Il principio è lo stesso!

Con questa soluzione semplice alla portata di ogni laboratorio del mondo, i ricercatori hanno aumentato la risoluzione di un normale microscopio di circa 5 volte. Adesso possiamo distinguere due oggetti distanti solo 50 nanometri! Andate a vedere le foto originali nella ricerca: gli scienziati pazzi non si sono fermati alle cellule, ma hanno ingrandito dei pezzetti di cervello ed hanno fatto una ricostruzione in 3D dei neuroni come non se n’erano mai viste prima!

 

Spoiler alert: No, purtroppo non si possono produrre mostri giganti con questa tecnica.. ne siamo rimasti tutti delusi, ma l’amara verità è che bisogna bloccare (in gergo scientifico si dice fissare) le cellule o i tessuti che si vogliono analizzare. Il processo di fissazione uccide le cellule, quindi si potranno espandere solo cose morte…


Qui il link alla ricerca originale: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4312537/

Meccanici acrobati che riparano microscopici camion in corsa

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Ecco un’immagine tridimensionale di una struttura più che microscopica!

 

 

Avete degli occhialini 3D tipo questi?

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Provate a guardare l’immagine e vedrete che i puntini nella foto di destra sono in rilievo!  

Ma cerchiamo di renderci conto delle dimensioni del soggetto di queste foto. Guardatevi un capello. Quanto è spesso? Per aiutarci abbiamo preso l’immagine ingrandita di un capello da wikipedia: (https://it.wikipedia.org/wiki/Capelli#/media/File:Human_hair_2000X_-_SEM_MUSE.tif)

img4Vedete quella macchietta su cui punta la freccia, al di sotto dell’immagine del capello? Quella è la nostra foto 3D!!

Una simile risoluzione è resa possibile grazie all’uso di un microscopio elettronico a trasmissione che, con una tecnica neanche troppo complicata, ci permette di fare foto in 3D all’interno della cellula!

Già di per sé questo è sbalorditivo, ma cosa hanno fotografato i ricercatori?

La cellula è come una città in miniatura, con un via vai incredibile di macchine e camion che trasportano merci e persone da un posto all’altro. Nella foto vediamo una “grande” palla con tante piccole palline attaccate sopra. Anche per i ricercatori è difficile riconoscere queste strutture così piccole, quindi i piccoli pallini sono stati colorati di viola al computer.

La “grande” palla è un camion pieno di materiale che viaggia dentro la cellula. Il camion (in gergo tecnico parliamo di endo-lisosomi) trasporta cibo, pezzi per costruire e riparare varie strutture, o sostanze di rifiuto come per esempio dei microscopici frammenti di metalli che respiriamo nel traffico cittadino. In più certi batteri, forti dei loro miliardi di anni di evoluzione, hanno trovato il modo di usare questi camion per farsi trasportare senza rischio all’interno delle cellule per conquistarle ed usarle per i loro scopi malvagi.

I pallini viola sono dei meccanici (in gergo ESCRT.. Dall’inglese “escort” che vuol dire accompagnatore). I meccanici erano già conosciuti, ma non si sapeva assolutamente che potessero andare sui camion! Cosa ci fanno su questi camion? Possibile che stiano tentando una riparazione in corsa?  

Due gruppi diversi di ricercatori hanno dimostrato che questo è proprio ciò che sta succedendo nella foto. Dei meccanici infinitamente piccoli si buttano su un camion in corsa per ripararlo.. E qualcuno è riuscito a fotografarli!

Perché lo fanno? Le cellule in genere non fanno cose inutili, quindi se decidono di far correre un tale rischio ai meccanici ci deve essere un motivo.

Abbiamo detto che i camion possono trasportare batteri e sostanze di rifiuto. Questi carichi però danneggiano il camion e spesso un camion danneggiato scoppia causando la morte della cellula e l’infiammazione della parte di corpo in cui la cellula vive. Per evitare di morire, la cellula ha addestrato questi meccanici a fare riparazioni acrobatiche. In certi casi è comunque opportuno lasciare i meccanici a terra: se i danni sono troppo grandi è inutile riparare. In questo caso interverranno gli spazzini per isolare il camion e smaltirlo senza danni per la cellula (un processo detto autofagia).

Adesso che sappiamo di cosa sono capaci, sarà possibile provare ad addestrare i meccanici a riconoscere i camion pieni di batteri in modo che li portino dagli spazzini, o a fare acrobazie ancora più folli per salvare i camion e ridurre le infiammazioni che potrebbero sfuggire al controllo del nostro corpo.


Ecco qui i link alle due ricerche originali:

http://science.sciencemag.org/content/360/6384/eaar5078 (la foto viene da qui)

https://www.biorxiv.org/content/early/2018/05/03/313866


 

OH NOO! Uno dei due articoli è a pagamento!

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