Miscellanea
Domenica, 23 Agosto 2015

Come comunicano le cellule? Exosomi forieri di "cattiva" informazione.

A cura di Fabio Puglisi

Cosa sappiamo degli exosomi? In passato, si riteneva che non avessero alcun significato biologico. Oggi, più di qualche indizio fa presupporre un loro ruolo nei processi di comunicazione cellula-cellula. Le cellule tumorali potrebbero utilizzarli per trasmettere quelle informazioni "indesiderabili" che favoriscono la proliferazione cellulare, l'angiogenesi e la diffusione metastatica. 

O'Driscoll L. Expanding on exosomes and ectosomes in cancer. N Engl J Med 2015;372(24):2359-62. 

Gli exosomi sono piccole (nano-sized) vescicole arricchite in acidi nucleici e proteine rilasciate dalle cellule. Inizialmente considerati privi di significato biologico, sono oggi ritenuti delle mini mappe delle loro cellule d'origine. Implicati nei processi di comunicazione fra le cellule tumorali, favoriscono la trasmissione di informazioni che riguardano la proliferazione, la motilità, la proprietà invasiva, la resistenza ai farmaci, l'angiogenesi, l'organotropismo delle metastasi. 

Le conoscenze sono ancora allo stato embrionale, ma una lettura didattica tratta dal New England Journal of Medicine ci guida nella comprensione di questo affascinante campo di ricerca. 

Studi recenti supportano il ruolo biologico degli exosomi, attribuendone la funzione di mini-industrie dinamiche che contribuiscono attivamente alla progressione della patologia tumorale. In particolare, è stata analizzata la presenza di microRNA (miRNA) all'interno degli exosomi. I miRNA sono brevi frammenti di RNA a doppia elica generati da precursori, i cosiddetti pre-miRNA. I miRNA non codificano per proteine ma regolano i livelli di espressione di specifici set di RNA messaggero (mRNAs) e, di conseguenza, dei loro prodotti proteici. Tale processo si esplica attraverso il legame dei miRNA ai mRNAs con conseguente degradazione di questi ultimi. Il tutto è preceduto dall'incorporazione dei pre-miRNA in un complesso multiproteico definito RNA-induced silencing complex-loading complex. All'interno di tale complesso i pre-miRNA maturano a miRNA mediante l'interazione con due proteine: un enzima chiamato Dicer e la transactivating response RNA binding protein (TRBP). Infine, una terza proteina, chiamata argonaute 2 (AGO2), lega il miRNA e lo guida verso l'mRNA complementare (cioè verso l'mRNA target). 

 

Uno studio landmark è quello di Melo et al (Cancer Cell 2014).

  • Studi su linee cellulari: Gli Autori hanno analizzato gli exosomi da linee cellulari di carcinoma mammario e da cellule mammarie non tumorigeniche, trovando che soltanto gli exosomi derivati dalle prime erano ricchi in miRNAs e che gli stessi exosomi potevano convertire i pre-miRNAs in miRNAs maturi. Coltivando gli exosomi da entrambi i tipi cellulari (tumorale e non) per 3 giorni e monitorando la conversione di 6 pre-miRNAs in miRNAs, è stato osservato che negli exosomi provenienti dalle linee di cellule tumorali il rapporto miRNA/pre-miRNA cresceva nel tempo. Lo stesso non si verificava con gli exosomi delle cellule non tumorali. A sostegno dell'osservazione, il riscontro delle proteine Dicer, TRBP e AGO2 soltanto negli exosomi derivati dalle cellule tumorali. 
  • Al fine di testare l'effetto del contenuto degli exosomi sulle cellule normali, gli Autori hanno esposto le cellule mammarie normali MCF-10A ad exosomi derivati dalle cellule tumorali  MDA-MB-231. Dopo un'esposizione di 3 giorni, è stato osservato un aumento della sopravvivenza e della proliferazione delle cellule normali. Inoltre, quando tali cellule venivano iniettate nei topi insieme con gli exosomi da cellule tumorali, si verificava la formazione tumorale ad eccezione di quando veniva bloccata l'attività di Dicer. Ciò suggerisce che Dicer è una proteina critica nella trasformazione delle cellule normali in cellule tumorali dopo esposizione agli exosomi. 
  • Studi su campioni sierici umani: campioni da pazienti con tumore hanno più exosomi di quanti se ne riscontrano in campioni da soggetti sani. Gli exosomi estratti da pazienti con tumore hanno la capacità di far maturare i pre-miRNAs a miRNAs. Lo stesso non si verifica con gli exosomi derivati da campioni sierici di soggetti sani. Gli exosomi di 5/11 pazienti con tumori, iniettati nei topi insieme alle cellule normali MCF-10A, hanno indotto la formazione tumorale; lo stesso non si è verificato iniettando gli exosomi provenienti da 8 donatori sani. 

Altro studio landmark è quello di Le et al (J Clin Invest 2014).

  • Nel formazione delle metastasi da carcinoma mammario, un passaggio chiave è la trasformazione epitelio-mesenchimale delle cellula tumorale e il successivo ritorno alle caratteristiche epiteliali, un processo che è regolato dalla famiglia miR-200 dei miRNAs. Le e collaboratori hanno osservato che exosomi e vescicole più grandi (chiamate ectosomi) possono trasferire miR200s da cellule a maggiore potenziale metastatico verso cellule a minore potenziale metastatico e, quindi, incrementare la capacità di diffusione a distanza delle cellule riceventi. 
  • Cellule di carcinoma mammario murino triple-negative a basso potenziale metastatico sono state esposte per 3 giorni a vescicole extracellulari (exosomi ed ectosomi) derivate da una linea cellulare triple negative caratterizzata da elevato potenziale metastatico (4TE1). Quando iniettate nella vena della coda del topo, le cellule preincubate con le vescicole extracellulari ricavate dalle linea ad alto potenziale metastatico hanno prodotto più metastasi polmonari di quante ne siano state generate quando le cellule sono state preincubate con le vescicole extracellulari derivate da esse stesse. Questa osservazione è stata confermata fino a quando non sono stati bloccati i membri della famiglia miR-200. 
  • Le et al hanno condotto esperimenti simili, ottenendo risultati simili, su linee cellulari umane di carcinoma mammario

Altri studi hanno analizzato gli exosomi nel contesto del microambiente stromale. Le evidenze disponibili suggeriscono che anche gli exosomi stromali esercitano un'influenza sul comportamento tumorale. 

 

La ricerca sugli exosomi, inizialmente considerati detriti cellulari senza significato biologico, è molto affascinante. In particolare, è stato dimostrato che le vescicole extracellulari (exosomi ed ectosomi) intervengono nei meccanismi di comunicazione cellula-cellula.

Gli exosomi derivati dalle cellule tumorali sono qualitativamente differenti dagli exosomi derivati dalle cellule normali. 

Le vescicole extracellulari sembrano in grado di influenzare il potenziale metastatico mediando il trasferimento intercellulare di molecole della macchina dei miRNAs e degli stessi miRNAs.