Come i neutrofili cambiano volume e si muovono

Le cellule giocano un ruolo fondamentale in molti processi biologici, compresi movimento e cambiamenti di forma. Nelle piante e nei funghi, questi cambiamenti coinvolgono l'acqua che entra nelle cellule e aggiustamenti delle pareti cellulari. Negli animali, le cose sono un po' diverse dato che le cellule animali non hanno pareti cellulari. Qui i ricercatori si concentrano spesso su come le strutture interne chiamate citoscheletro aiutano le cellule animali a cambiare forma e muoversi. Tuttavia, ci sono anche prove che il movimento dell'acqua può aiutare le cellule animali a muoversi. Questo suggerisce che sia il flusso d'acqua che i cambiamenti del citoscheletro lavorano insieme in molte situazioni che gli scienziati non comprendono ancora appieno.

#Importanza dei Neutrofili

I neutrofili sono un tipo di cellula immunitaria che risponde a lesioni e infezioni cambiando forma e muovendosi verso l'area problematica. Quando percepiscono un segnale chimico chiamato chemiotattico, i neutrofili non solo aggiustano le loro strutture interne, ma permettono anche all'acqua di fluire dentro di loro, facendoli gonfiare. I dettagli esatti di come avvenga questo Gonfiore e come sia collegato al loro movimento non sono stati ben compresi.

#Attivazione dei Neutrofili e Cambiamenti di Volume

Quando i neutrofili vengono attivati dai chemiotattici, subiscono cambiamenti di forma significativi e aumentano il loro volume interno. Studiando queste cellule, possiamo capire come il loro movimento sia influenzato dai cambiamenti di volume. Utilizzando una tecnica di imaging speciale, i ricercatori possono misurare il volume esatto dei neutrofili prima e dopo che vengono attivati.

Dopo che i neutrofili sono esposti a un chemiotattico, inizialmente perdono un po' di volume mentre si espandono. Questo è simile a quanto osservato in altri tipi di cellule. Dopo questa perdita iniziale, il loro volume aumenta significativamente nel tempo. Questo gonfiore si osserva insieme a cambiamenti nella loro forma, sollevando la domanda se il gonfiore avvenga dopo l'espansione o se siano collegati.

#Il Ruolo del Citoscheletro

Per scoprire di più su questi processi, i ricercatori hanno utilizzato una sostanza per interrompere il citoscheletro dei neutrofili. Sebbene questa interruzione non abbia influito sul gonfiore, ha fermato le cellule dal muoversi. Questo suggerisce che il gonfiore e il movimento delle cellule siano processi separati che avvengono entrambi quando i neutrofili rispondono ai chemiotattici.

#Analisi delle Fluttuazioni di Volume a Cellula Singola

Guardando da vicino a singoli neutrofili, è diventato chiaro che anche se il volume totale della cellula aumentava, le cellule individuali mostrano fluttuazioni significative di volume su base minuto per minuto. Queste fluttuazioni sembrano essere collegate ai cicli di movimento dei neutrofili. Questo indica che i cambiamenti di volume interni richiedono un citoscheletro funzionante.

#Screening Genomico per Regolatori del Volume

Per comprendere meglio i meccanismi dietro il gonfiore dei neutrofili, i ricercatori hanno utilizzato un metodo chiamato screening CRISPR. Questo metodo implica la creazione di una popolazione di cellule con geni specifici disattivati per determinare quali siano importanti per la risposta al gonfiore. L'approccio ha sfruttato il fatto che i neutrofili gonfiati tendono a diventare meno densi, permettendo ai ricercatori di separarli in base a come fluttuavano in un mezzo liquido.

Dopo esperimenti riusciti, i ricercatori hanno confermato che il gonfiore e la galleggiabilità dei neutrofili cambiano significativamente quando vengono stimolati con chemiotattici. Ad esempio, quando le cellule sono esposte a un chemiotattico specifico, aumentano di dimensione e galleggiano più in alto in un gradiente di densità.

#Risultati Chiave dallo Screening

Lo screening ha rivelato diversi geni cruciali per la risposta al gonfiore. Tra questi c'erano quelli che gestiscono il flusso di alcuni ioni dentro e fuori le cellule. Questi componenti costituiscono una rete che aiuta i neutrofili ad aumentare il loro volume quando rilevano un segnale. Il flusso di sodio e cloruro nelle cellule porta all'ingresso dell'acqua, causando il gonfiore delle cellule.

#Test dei Geni Coinvolti

I ricercatori hanno poi creato specifici knockout genici per confermare le loro scoperte. Alcuni knockout genici hanno completamente fermato il gonfiore quando i neutrofili sono stati stimolati con chemiotattici. Altri hanno parzialmente influenzato il gonfiore, indicando che diversi geni lavorano insieme per regolare questa risposta.

#Inibizione Farmacologica e Risultati

Per verificare ulteriormente i loro risultati, i ricercatori hanno usato farmaci per bloccare l'attività di determinati geni nei neutrofili primari. Questi esperimenti hanno mostrato che il blocco dello scambiatore sodio-idrogeno, noto come NHE1, ha ostacolato la risposta al gonfiore causata dai chemiotattici. Tuttavia, questo non ha fermato i neutrofili dall'espandersi e muoversi.

Anche quando l'attività di NHE1 era bloccata, le cellule mostravano ancora la capacità di cambiare forma e diffondersi dopo essere state stimolate. Tuttavia, non si gonfiavano come le cellule sane. Al contrario, inibire un altro gene ha portato a problemi sia di gonfiore che di movimento nei neutrofili, impedendo loro di rispondere efficacemente agli stimoli.

#Collegare i Cambiamenti di Volume al Movimento Cellulare

I ricercatori volevano capire il collegamento tra gonfiore cellulare e movimento. Hanno scoperto che il rapido aumento del volume cellulare dopo l'esposizione ai chemiotattici era correlato a un miglioramento del movimento. Questo legame era evidente nell'osservazione che i neutrofili di controllo, attivati dai chemiotattici, mostravano un aumento continuo del movimento nel tempo. Tuttavia, le cellule inibite da NHE1 non mostravano lo stesso miglioramento, indicando che il gonfiore era essenziale per un movimento efficace.

#Il Ruolo dell'Acqua nella Migrazione

I ricercatori hanno anche sperimentato cambiando l'ambiente dei neutrofili, diluendo il mezzo con acqua. Questo ha fatto sì che le cellule inibite da NHE1 si gonfiassero in modo simile alle cellule di controllo. Quando attivate, questi gonfiori portavano a un miglioramento del movimento. Questo suggerisce che l'afflusso d'acqua innescato dai chemiotattici è fondamentale per migliorare la migrazione dei neutrofili.

#Conclusione

In generale, lo studio illumina come i neutrofili funzionino in risposta a segnali esterni. Non solo cambiano forma e si muovono, ma gestiscono attivamente anche il loro volume interno. I risultati sottolineano l'importanza del flusso d'acqua nella funzione cellulare, specialmente nel contesto delle risposte immunitarie. L'identificazione di geni chiave coinvolti in questo processo apre a nuova ricerca, offrendo potenzialmente spunti che potrebbero essere applicati per comprendere altri tipi di cellule e le loro risposte migratorie in diverse situazioni legate alla salute. Comprendere come le cellule controllano il loro ambiente interno può aiutare i ricercatori a studiare varie malattie e sviluppare nuovi trattamenti.