Fhl2 identifies a Hedgehog-dependent myofibre population along the zebrafish midline with high regenerative potential and enhanced resilience in dystrophy

I muscoli non sono blocchi uniformi di tessuto; sono intricati mosaici di diversi tipi di fibre, ognuno progettato per un compito specifico. Alcune fibre sono costruite per la velocità, scattando rapidamente per alimentare uno sprint, mentre altre sono costruite per la resistenza, contraendosi lentamente per mantenere una postura o nuotare costantemente. Nello studio della distrofia muscolare, un gruppo di malattie in cui il tessuto muscolare si degrada lentamente, gli scienziati hanno notato da tempo un modello enigmatico: alcuni muscoli del corpo sono devastati dalla malattia, mentre altri, come i minuscoli muscoli che muovono gli occhi, rimangono intatti. Questo danno disomogeneo suggerisce che il corpo contenga strati nascosti di diversità muscolare che non comprendiamo ancora appieno. Osservando da vicino questi muscoli protetti, i ricercatori sperano di trovare gli ingredienti segreti che li rendono resilienti, offrendo indizi su come proteggere il resto del corpo.

Un team di ricercatori dell'Università di Umeå ha ora scoperto un nuovo strato di muscolo, precedentemente invisibile, nel pesce zebra, un piccolo pesce d'acqua dolce spesso utilizzato per studiare la biologia umana. Hanno scoperto un gruppo specifico di fibre muscolari che corrono lungo il centro esatto del corpo del pesce, proprio dove si incontrano le zone dei muscoli veloci e lenti. Queste fibre sono uniche perché non somigliano ai normali muscoli veloci o lenti presenti altrove nel pesce. Invece, portano una firma molecolare che mescola i tratti del muscolo scheletrico con quelli del cuore e dei muscoli oculari, notoriamente resistenti alle malattie. I ricercatori le hanno chiamate fibre "mediali lente".

Per trovare queste fibre nascoste, gli scienziati si sono concentrati su una proteina chiamata Fhl2, che sapevano essere attiva nei muscoli oculari dei pesci affetti da una condizione simile alla distrofia muscolare di Duchenne umana. Quando hanno osservato il tronco di larve di pesce zebra sane, hanno scoperto che Fhl2 non era dispersa casualmente, ma era concentrata in un gruppo di cellule stretto e a forma di V lungo la linea mediana. Queste cellule erano distinte dalle loro vicine. Mentre i muscoli veloci circostanti e i normali muscoli lenti esprimevano tipi specifici di proteine costruttrici del muscolo note come miosina, queste fibre mediali lente non lo facevano. Invece, esprimevano una versione della miosina che si trova solitamente solo nel cuore, insieme a alti livelli di un'altra proteina chiamata Sincoilina, che aiuta i muscoli a gestire lo stress. Questa combinazione suggeriva che queste fibre fossero un ibrido specializzato, dotato di un'identità molecolare diversa da qualsiasi altro muscolo scheletrico precedentemente descritto nel pesce.

I ricercatori si sono poi dati alla ricerca di come queste fibre vengano create. Le fibre muscolari nel pesce si sviluppano solitamente da gruppi specifici di cellule che ricevono segnali dal notocorda, una struttura a bastoncello che corre lungo la colonna vertebrale. Gli scienziati hanno scoperto che la formazione di queste fibre mediali lente dipendeva da un segnale chimico specifico chiamato Hedgehog, noto per guidare lo sviluppo dei muscoli lenti. Tuttavia, la storia era più complessa di un semplice segnale che accende un gene: anche se le fibre avevano bisogno del segnale Hedgehog per formarsi, il gene che produce la proteina Fhl2 non si attivava fino a molto più tardi. Invece, i ricercatori hanno scoperto che un diverso set di istruzioni, controllato da un gene chiamato Pitx3, era responsabile dell'attivazione di Fhl2 in queste cellule. Ciò significava che l'identità della fibra veniva stabilita in due fasi: prima, la linea cellulare veniva scelta dal segnale Hedgehog e, in secondo luogo, la specifica proteina protettiva veniva aggiunta dal meccanismo Pitx3.

Forse la scoperta più sorprendente fu il modo in cui queste fibre si comportavano quando i pesci erano malati. Il team ha studiato pesci zebra che presentavano una mutazione causante una forma di distrofia muscolare, una malattia in cui le fibre muscolari si lacerano e non riescono a ripararsi. In questi pesci malati, i muscoli standard del tronco erano pieni di rotture e danni. Eppure, le fibre mediali lente lungo la linea mediana rimanevano ampiamente intatte. Anche nelle sezioni più gravemente danneggiate del pesce, dove le fibre vicine si erano spezzate, queste fibre centrali mantenevano la loro forma e la loro connessione con i nervi. Quando i ricercatori hanno ferito i pesci con un ago per testare quanto bene potessero guarire i muscoli, queste fibre mediali lente hanno mostrato una straordinaria capacità di rigenerazione. Esse creavano nuove connessioni attraverso la ferita, spesso colmando spazi che altri muscoli non riuscivano a superare.

Lo studio ha anche chiarito cosa queste fibre non siano. I ricercatori hanno testato se le fibre provenissero dalle stesse cellule madri dei muscoli lenti standard o se fossero il risultato di una specifica mutazione genetica. Hanno scoperto che le fibre si formavano anche quando i geni solitamente responsabili della creazione dei muscoli lenti erano assenti, provando che provengono da una fonte diversa. Hanno inoltre confermato che le fibre non erano solo una fase temporanea dello sviluppo che scompariva con la crescita del pesce; esse persistevano nell'età adulta, mantenendo il loro caratteristico gruppo a forma di V. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che la proteina Fhl2 stessa non era necessaria per costruire la fibra; le fibre si formavano anche senza di essa, ma erano comunque presenti e funzionali. Ciò suggerisce che Fhl2 sia un marcatore dello status speciale della fibra piuttosto che il costruttore della fibra stessa.

Identificando questa distinta popolazione di fibre muscolari, la ricerca amplia la mappa di ciò che il muscolo scheletrico può essere. Mostra che il corpo contiene cellule specializzate che si collocano al confine tra diversi tipi di muscoli, combinando le proprietà del cuore e dei muscoli oculari per creare una struttura naturalmente resistente ai danni. Queste fibre non si limitano a sopravvivere allo stress della malattia; esse riparano attivamente se stesse quando vengono ferite. Le scoperte suggeriscono che il motivo per cui alcuni muscoli sono risparmiati nella distrofia muscolare mentre altri falliscono potrebbe non riguardare solo la loro posizione, ma l'esistenza di questi rari e resilienti tipi cellulari che possiedono un'armatura molecolare unica. Comprendere come queste fibre raggiungano tale durabilità potrebbe un giorno aiutare gli scienziati a imparare come rendere altre parti dei muscoli del corpo altrettanto resistenti.