Conoscere sempre meglio le caratteristiche cellulari e genetiche che permettono la rigenerazione dei tessuti è fondamentale per affinare le applicazioni cliniche e mettere a punto strategie di terapia per patologie che interessano gli epiteli. Nuove informazioni vengono da uno studio recentemente pubblicato su Nature Communications e condotto da un team di ricerca italiano guidato dall’Università di Modena e Reggio Emilia al Centro di Medicina Rigenerativa “Stefano Ferrari” e in Holostem Terapie Avanzate, con la collaborazione del Dipartimento di Scienze della Vita e del Centro di Ricerche Genomiche dell’ateneo, dell’Istituto di Ricerca Genetica e Biomedica del CNR e dell’Istituto Clinico Humanitas.

Il lavoro si concentra su un particolare tipo di cellule staminali epidermiche, necessarie per la rigenerazione della pelle, definite olocloni: indagandone le caratteristiche molecolari, i ricercatori hanno identificato un gene particolarmente interessante per la sua capacità di regolare il potenziale proliferativo a lungo termine di queste cellule.

La rigenerazione dei tessuti epiteliali

«Nel panorama della rigenerazione dei tessuti, in clinica trovano applicazione le cellule staminali ematopoietiche e quelle epiteliali, impiegate per la rigenerazione del sangue, della cornea e della pelle: per arrivare ad applicazioni cliniche di successo è stato necessario imparare a conoscere bene le cellule di questi tessuti – ma ciò non significa, ovviamente, che le conosciamo proprio del tutto. C’è ancora molto da scoprire per riuscire ad avere un miglior controllo», spiega Michele De Luca, direttore del Centro di Medicina Rigenerativa “Stefano Ferrari” e coordinatore del lavoro. Da oltre trent’anni, De Luca si occupa di cellule staminali per la rigenerazione dei tessuti epiteliali: le sue ricerche hanno portato, nel 2017, alla pubblicazione dei risultati del primo trattamento salvavita ex vivo per rigenerare la pelle di un bambino affetto da una particolare forma di epidermolisi bollosa, una malattia genetica che determina la formazione di lesioni bollose su pelle e mucose, detta “giunzionale”.

«I tessuti umani ricostruiti in laboratorio possono trattare malattie come l’epidermolisi bollosa; non si conoscevano però ancora alcuni dettagli molecolari sulle caratteristiche delle cellule staminali epidermiche. Grazie a un approccio innovativo per analizzare l’espressione genica delle singole cellule, si sono potute adesso chiarire ulteriormente le differenze tra tipologie cellulari con diverso potenziale di proliferazione», spiega in un comunicato Elena Enzo, ricercatrice del Centro di Medicina Rigenerativa e prima co-autrice dell’articolo.

Riconoscere le sotto-popolazioni cellulari

Nel nuovo lavoro, i ricercatori si sono infatti concentrati sulle caratteristiche molecolari che differenziano le cellule della pelle umane, i cheratinociti, e in particolare i cosiddetti olocloni, ossia la sotto-popolazione staminale che sostiene i meccanismi di rinnovamento epiteliale. «Sebbene la ricerca degli ultimi anni abbia portato a identificare molte caratteristiche degli olocloni, studiarli è ancora piuttosto complesso», spiega ancora De Luca. «Infatti, non ci sono molti marcatori molecolari che distinguano le differenti popolazioni clonali. E anche quelli noti presentano alcuni problemi all’indagine: la proteina p63, che sappiamo essere espressa negli olocloni, per esempio, presenta diverse isoforme e può essere presente a diversi livelli, con una progressiva diminuzione man mano che la cellula staminale si differenzia. Per il nostro studio ci siamo quindi basati sulla tecnica detta single cell-RNA Sequencing, che permette di analizzare i trascritti a livello di singola cellula e identificare così le sotto-popolazioni di cellule che presentano un profilo trascrizionale simile».

In questo modo, gli autori hanno potuto identificare diverse categorie di geni che permettono di distinguere tra loro i diversi tipi cellulari. In particolare, scrivono, le cellule che formano gli olocloni presentano geni attivi coinvolti per esempio nel ciclo cellulare, nella riparazione del DNA e per la produzione della telomerasi, un enzima che permette di mantenere costanti le estremità terminali dei cromosomi, mantenendo così stabile il genoma (e il cui gene è di norma “spento” nelle cellule differenziate).

Il ruolo del gene FOXM1

Nell’analisi, comunque, un gene in particolare è balzato agli occhi dei ricercatori. Si tratta di FOXM1, già stato studiato nelle cellule staminali, soprattutto su modelli murini, e in cellule cancerose, nelle quali è noto principalmente come regolatore della proliferazione cellulare. Con il loro lavoro, gli autori hanno mostrato che FOXM1 si trova a valle di un pathway che coinvolge un altro gene, YAP1, del quale lo stesso gruppo di ricerca aveva già mostrato il ruolo nella regolazione delle cellule staminali. «Abbiamo già identificato il ruolo di proteine quali p63 e YAP1 nel mantenere staminali le cellule in coltura», spiega Alessia Secone Seconetti, ricercatrice dello spin-off universitario Holostem Terapie Avanzate e prima co-autrice dell’articolo. «Adesso sappiamo che YAP1 è in grado di attivare FOXM1. Con questo studio si aggiunge quindi un tassello importante nella comprensione di come le cellule staminali vengono controllate».

Non solo: «Con questo studio, abbiamo mostrato da una parte che FOXM1 è un gene importante nel mantenere il potenziale proliferativo a lungo termine delle cellule staminali, e anche che la sua espressione è alterata e ridotta nell’epidermolisi bollosa giunzionale», conclude De Luca. «Da una parte, quindi, questo lavoro ci permette di conoscere un po’ più nel dettaglio il meccanismo molecolare che regola il potenziale proliferativo delle staminali della pelle. Dall’altro, ci ha consente di capire perché per le patologie come l’epidermolisi bollosa giunzionale presentino una fragilità intrinseca delle cellule staminali, che non si riscontra in altre forme della malattia (come per esempio nell’epidermolisi bollosa distrofica). Insieme, questi due elementi aprono la strada a nuove applicazioni cliniche per il trattamento di queste patologie».