Migrazione cellulare

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Due diversi meccanismi di migrazione cellulare: A) modello citoscheletrico; B) modello di flusso di membrana.
Figura A: i microtubuli sono necessari per la contrazione e retrazione della porzione caudale della cellula in migrazione. I microtubuli ad alta dinamicità sono colorati in verde, quelli a media dinamicità sono colorati in giallo, quelli stabili sono colorati in rosso. Figura B: i microtubuli stabili permettono l'ancoraggio alle cellule circostanti, inibendo così la migrazione della cellula entro cui sono contenuti.

La migrazione cellulare è un processo centrale nello sviluppo e nel mantenimento dell'omeostasi degli organismi pluricellulari. La formazione dei tessuti durante l'embriogenesi, la cicatrizzazione delle ferite e le reazioni immunitarie richiedono il movimento coordinato delle cellule in direzioni specifiche, al fine di raggiungere sedi specifiche nell'organismo. Le cellule generalmente migrano in risposta a precisi segnali esterni, sia di tipo chimico che di tipo meccanico.[1] Difetti del meccanismo di migrazione cellulare fanno capo a specifiche patologie, solitamente genetiche il cui quadro clinico può includere manifestazioni gravi, come ritardo mentale, problemi all'apparato cardiovascolare, formazione di neoplasie e metastatizzazione di esse. Una migliore comprensione delle dinamiche di migrazione cellulare potrebbe consentire lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per, ad esempio, limitare o arrestare la proliferazione delle cellule tumorali.

A causa dell'alta viscosità di molti tessuti corporei (aventi un basso numero di Reynolds), le cellule devono produrre forze che consentano loro il movimento. Il movimento attivo delle cellule è reso possibile da vari meccanismi diversi tra loro: molti procarioti, così come gli spermatozoi, usano flagelli o ciglia per il loro movimento propulsivo. La migrazione delle cellule degli organismi eucarioti, invece, è generalmente molto più complessa e può consistere nella presenza, simultanea o consequenziale, di molteplici meccanismi diversi di migrazione. Tali processi solitamente comportano cambiamenti drastici nella forma delle cellule; queste modificazioni morfologiche sono rese possibili dall'elasticità del citoscheletro. Due tipologie di migrazione molto studiate sono il movimento cellulare per alterazione morfologica del citoscheletro e la migrazione per mezzo della modificazione del modello a mosaico fluido della membrana cellulare.[2][3] Un esempio paradigmatico della migrazione cellulare riguarda i cheratinociti dell'epidermide dei pesci, che sono stati ampiamenti utilizzati nell'ambito della ricerca scientifica.[4]

Studio della migrazione cellulare

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La migrazione delle cellule in coltura, in 3D o con immagini bidimensionali, è comunemente studiata con tecniche microscopiche.[3][5][6] Poiché il movimento delle cellule è molto lento (nell'ordine di alcuni micrometri al minuto), la visualizzazione delle immagini microscopiche viene spesso effettuata con la tecnica del time-lapse. Questi video mostrano che la porzione anteriore della prima cellula (in ordine di spazio e di tempo) coinvolta nella migrazione è molto attiva ed effettua movimenti ritmici di contrazione e di distensione. È generalmente accettato che la porzione anteriore cellulare sia il principale motore della migrazione della cellula nel complesso.

Caratteristiche comuni

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Sembra che i processi citologici che avvengono nella migrazione cellulare nei mammiferi abbiano molte analogie con i meccanismi di locomozione (eccezion fatta per le migrazioni effettuate dagli spermatozoi).[7] I processi in comune includono:

  • Dislocamento ed elongazione del citoplasma sulla superficie cellulare anteriore, di attacco
  • Rimozione laminare dei detriti accumulati dorsalmente, nella parte posteriore della cellula

La seconda di queste due caratteristiche è di più facile osservazione dopo la marcatura con un anticorpo fluorescente, oppure dopo la creazione di legami artificiali tra i granuli intracellulari e la superficie della porzione cellulare posta anteriormente.[8]

Si osserva che altre cellule eucariotiche migrano con meccanismi simili: ad esempio, l'ameba Dictyostelium discoideum risulta utile nell'ambito della ricerca scientifica in quanto mostra costantemente fenomeni di chemiotassi in risposta alla presenza di AMP ciclico; queste amebe si muovono più rapidamente di quanto facciano le cellule in coltura tissutale. Inoltre, D. discoideum è un organismo aploide, il che semplifica il lavoro di correlazione causale tra un prodotto genico particolare e il suo ruolo all'interno delle dinamiche di migrazione cellulare.[9]

Note

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  1. ^ (EN) Mak, M.; Spill, F.; Roger, K.; Zaman, M., Single-Cell Migration in Complex Microenvironments: Mechanics and Signaling Dynamics, in Journal of Biomechanical Engineering, vol. 138, n. 2, 2016, DOI:10.1115/1.4032188, PMID 26639083.
  2. ^ (EN) Huber, F; Schnauss, J; Roenicke, S; Rauch, P; Mueller, K; Fuetterer, C; Kaes, J, Emergent complexity of the cytoskeleton: from single filaments to tissue, in Advances in Physics, vol. 62, n. 1, 2013, pp. 1–112, DOI:10.1080/00018732.2013.771509, PMID 24748680. URL consultato il 10 aprile 2023.
  3. ^ a b (EN) Pebworth, Mark-Phillip; Cismas, Sabrina A.; Asuri, Prashanth, A novel 2.5D culture platform to investigate the role of stiffness gradients on adhesion-independent cell migration, in PLOS ONE, vol. 9, n. 10, 2014, p. e110453, DOI:10.1371/journal.pone.0110453, ISSN 1932-6203 (WC · ACNP), PMID 25310593. URL consultato il 10 aprile 2023.
  4. ^ (EN) Prieto, Daniel; Aparicio, Gonzalo; Sotelo-Silveira, Jose R., Cell migration analysis: A low-cost laboratory experiment for cell and developmental biology courses using keratocytes from fish scales, in Biochemistry and Molecular Biology Education, vol. 45, n. 6, 19 giugno 2017, pp. 475–482, DOI:10.1002/bmb.21071, PMID 28627731.
  5. ^ (EN) Dormann, Dirk; Weijer, Cornelis J, Imaging of cell migration, in The EMBO Journal, vol. 25, n. 15, 9 agosto 2006, pp. 3480–3493, DOI:10.1038/sj.emboj.7601227, ISSN 0261-4189 (WC · ACNP), PMID 16900100. URL consultato il 10 aprile 2023.
  6. ^ (EN) Shih, Wenting; Yamada, Soichiro, Live-cell Imaging of Migrating Cells Expressing Fluorescently-tagged Proteins in a Three-dimensional Matrix, in Journal of Visualized Experiments, n. 58, 22 dicembre 2011, DOI:10.3791/3589, ISSN 1940-087X (WC · ACNP), PMID 22215133. URL consultato il 10 aprile 2023.
  7. ^ (EN) What is Cell Migration?, su Cell Migration Gateway. URL consultato il 10 aprile 2023 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2014).
  8. ^ (EN) Abercrombie, M; Heaysman, JE; Pegrum, SM, The locomotion of fibroblasts in culture III. Movements of particles on the dorsal surface of the leading lamella, in Experimental Cell Research, vol. 62, n. 2, 1970, pp. 389–398, DOI:10.1016/0014-4827(70)90570-7, PMID 5531377.
  9. ^ (EN) Willard, Stacey S; Devreotes, Peter N, Signaling pathways mediating chemotaxis in the social amoeba, Dictyostelium discoideum, in European Journal of Cell Biology, vol. 85, n. 9-10, 27 settembre 2006, pp. 897–904, DOI:10.1016/j.ejcb.2006.06.003, ISSN 0171-9335 (WC · ACNP), PMID 16962888.

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