MicroRNA Profiling of Human Primary Trabecular Meshwork Cell, Trabecular Meshwork Progenitor Cell Spheres and Their Differentiated Cells

All'interno dell'occhio, un tessuto minuscolo ma vitale chiamato trabecolato funge da filtro di drenaggio, permettendo al fluido di uscire e mantenendo la pressione a un livello sicuro. Quando le cellule che compongono questo filtro muoiono o smettono di funzionare, il fluido si accumula, la pressione sale e il nervo ottico può subire danni, portando a una condizione nota come glaucoma ad angolo aperto primario. Questa malattia è la principale causa di cecità irreversibile in tutto il mondo. Per anni, gli scienziati hanno saputo che l'occhio contiene una piccola riserva di cellule immature, o progenitrici, che potrebbero teoricamente sostituire le cellule del filtro perse e ripristinare la funzione. Tuttavia, il motivo per cui queste squadre di riparazione naturali non riescono a salvare l'occhio nel glaucoma è rimasto un mistero. La domanda non è solo se queste cellule esistano, ma come siano controllate, quali segnali dicano loro di rimanere giovani e quali forze possano spingerle a cambiare o a smettere di funzionare quando l'occhio è sotto stress.

Per risolvere questo enigma, i ricercatori dell'Università di Liverpool e dell'Università di Ulster hanno rivolto la loro attenzione a un tipo specifico di istruzione genetica noto come microRNA. Si tratta di minuscole molecole che non costruiscono proteine esse stesse, ma agiscono invece come interruttori, accendendo o spegnendo altri geni per controllare il comportamento di una cellula. Il team voleva mappare l'insieme unico di questi interruttori che definisce l'identità delle cellule di riparazione dell'occhio rispetto alle cellule mature e funzionanti del filtro di drenaggio. Hanno raccolto tessuto dagli occhi di tre donatori umani, con un'età compresa tra i 21 e gli 85 anni. Da questo tessuto, hanno isolato le cellule di drenaggio mature e hanno anche indotto le cellule progenitrici immature, facendole crescere in piccoli ammassi galleggianti che assomigliano allo stato naturale delle cellule. Hanno poi permesso ad alcuni di questi ammassi di maturare in cellule differenziate, creando tre gruppi distinti da confrontare: le cellule mature originali, i cluster progenitori immaturi e le cellule appena mature.

Utilizzando una tecnologia di sequenziamento avanzata, i ricercatori hanno letto le istruzioni genetiche presenti in ciascun gruppo per vedere quali interruttori di microRNA fossero attivi. Hanno scoperto che i cluster progenitori immaturi avevano una firma genetica molto distinta, quite diversa dalle cellule mature. Questa firma includeva diciotto microRNA specifici che erano costantemente attivi o inattivi attraverso i diversi donatori. Quando il team ha esaminato quali processi biologici controllassero questi diciotto interruttori, è emersa un'immagine chiara. Essi erano pesantemente coinvolti nel mantenere le cellule in uno stato flessibile, simile a quello delle cellule staminali, nella gestione dei materiali di costruzione dell'ambiente circostante e nella risposta a un segnale chimico specifico chiamato TGF-beta. Questa sostanza chimica è nota per essere elevata negli occhi delle persone affette da glaucoma ed è un fattore chiave che guida la malattia.

I ricercatori hanno poi incrociato i loro risultati con dati precedenti su come le cellule di drenaggio dell'occhio reagiscono quando esposte a livelli elevati di questa sostanza chimica, il TGF-beta. Hanno scoperto un conflitto sorprendente. Otto dei microRNA che erano attivi nelle cellule di riparazione sane e immature cambiavano nella direzione opposta quando le cellule mature venivano esposte alla sostanza chimica che causa la malattia. Ad esempio, un microRNA che aiutava a mantenere il potenziale delle cellule di riparazione veniva soppresso in presenza della sostiva chimica, mentre altri che di solito tenevano a bada le cellule venivano attivati. Ciò suggerisce che la stessa sostanza chimica che aumenta nel glaucoma agisce attivamente contro il meccanismo di riparazione naturale dell'occhio, silenziando efficacemento le istruzioni che permetterebbero alle cellule progenitrici di sostituire il tessuto perso.

Per garantire che questi risultati non fossero solo un colpo di fortuna dovuto a un singolo metodo di test, il team ha ripetuto le misurazioni utilizzando una tecnologia diversa e altamente precisa chiamata NanoString, che conta direttamente le molecole senza amplificazione. I risultati corrispondevano perfettamente, confermando che i diciotto microRNA formano una firma affidabile delle cellule di riparazione dell'occhio. Il team ha anche mappato quali geni questi microRNA stessero probabilmente controllando. Hanno scoperto che questi interruttori miravano a geni chiave coinvolti nella divisione cellulare e nella ricezione dei segnali chimici, inclusi i geni che aiutano la cellula a decidere se rimanere giovane o specializzarsi. Uno dei bersagli più importanti era un gene che aiuta la cellula a ricevere il segnale TGF-beta; questo gene era ridotto nelle cellule di riparazione, suggerendo che le cellule sono naturalmente sintonizzate per essere meno sensibili agli stress segnali che guidano il glaucoma.

Lo studio non sostiene di aver curato il glaucoma o di aver dimostrato che queste cellule possano essere facilmente riattivate in un paziente. Al contrario, fornisce una mappa molecolare precisa di come le cellule di riparazione dell'occhio siano attualmente regolate e di come tale regolazione sia interrotta dall'ambiente della malattia. Gli autori suggeriscono che questa comprensione dettagliata degli interruttori genetici offre un nuovo insieme di potenziali bersagli per le terapie future. Sviluppando farmaci che possano mimare o bloccare questi specifici microRNA, potrebbe un giorno essere possibile proteggere le cellule di riparazione residenti nell'occhio dagli effetti dannosi dell'alta pressione e dello stress chimico, o indurle a sostituire le cellule del filtro perse. Per ora, il lavoro rappresenta una definizione chiara dell'identità genetica di queste elusive cellule e una dimostrazione di come l'ambiente della malattia si opponga attivamente ai tentativi di riparazione del corpo stesso.