Il fosfato è essenziale per la vita. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto una minuscola struttura all'interno delle cellule animali che agisce come un serbatoio di fosfato, aiutando a regolare i livelli del nutriente all'interno delle cellule e innescando processi che mantengono i tessuti quando scarseggiano.
I ricercatori classificano la struttura come un nuovo tipo di organello. Gli organelli sono fondamentali nelle cellule eucariote, come il nucleo, i mitocondri e la membrana, che funzionano come organi in miniatura nel suo corpo.
"Questo è uno dei primi studi a trovare effettivamente l'accumulo di fosfato in una cellula animale", afferma Rebekka Wild, biologa strutturale presso l'agenzia di ricerca nazionale francese CNRS di Grenoble, che non era coinvolta nella ricerca. "È davvero eccitante."
Nelle piante, nei batteri e nei lieviti, il fosfato è importante per la crescita cellulare e aiuta le cellule a comunicare e generare energia. Sebbene sia noto per essere essenziale nei tessuti e nelle cellule animali, pochi studi hanno esplorato le sue funzioni specifiche.
Charles Xu, un genetista della Rockefeller University di New York City, era curioso di sapere quale ruolo avesse il fosfato nella regolazione del rinnovamento dei tessuti nell'intestino del moscerino della frutta, un modello utile per studiare come le malattie colpiscono le cellule dell'intestino umano. "Questo non è molto noto, specialmente nelle cellule animali", dice Xu.
Xu e i suoi colleghi hanno alimentato i moscerini della frutta (Drosophila melanogaster) con acido fosfonoformico (PFA), che inibisce l'assorbimento del fosforo nelle cellule. Quando i ricercatori hanno colorato e ripreso le cellule dal rivestimento intestinale delle mosche, hanno notato che la mancanza di fosfato ha portato a un picco nel numero di cellule. Questa rapida moltiplicazione cellulare si è verificata anche quando Xu e i suoi colleghi hanno nutrito le mosche con cibo che conteneva il 10% in meno di fosfato rispetto ai livelli standard, indicando che il fosfato aveva effettivamente un impatto sul numero di cellule.
Per scoprire in che modo il fosfato stava avendo questo effetto, Xu e il suo team hanno studiato se i bassi livelli di fosfato influissero sull'espressione genica. Un gene che gli autori chiamano PXo è simile a un gene dei mammiferi che codifica per una proteina sensibile ai fosfati. Xu e colleghi hanno scoperto che l'espressione di PXo era più debole quando le cellule erano private del fosfato. Questa ridotta espressione genica ha anche spinto la divisione cellulare in overdrive. Tuttavia, la divisione cellulare è rallentata quando i ricercatori hanno modificato il gene per sovraesprimere la proteina PXo.
I ricercatori hanno etichettato la proteina PXo con un'etichetta fluorescente e hanno notato che era associata a una serie di strutture di forma ovale nelle cellule che non sembravano essere nessuno degli organelli conosciuti.
"Questi erano abbastanza visibili e ci siamo chiesti cosa fossero", dice Xu. Quando gli scienziati hanno esaminato più da vicino le strutture misteriose, hanno visto che avevano diversi strati di membrana e la proteina PXo trasportava fosfato attraverso di essi. Una volta all'interno degli organelli sconosciuti, il fosfato è stato convertito in fosfolipidi, i principali elementi costitutivi delle membrane cellulari.
Quando le cellule del moscerino sono state private del fosfato, gli organelli si sono rotti e hanno rilasciato i fosfolipidi immagazzinati in ogni cellula, indicando che funzionano come serbatoi, dice Xu.
Questa rottura ha attivato il meccanismo cellulare noto come Cka, innescando un segnale di stress che ha aumentato la produzione di nuove cellule. Questo potrebbe essere un modo per il rivestimento intestinale di mantenere stabili i livelli di fosfato, perché l'aumento del numero di cellule può assorbire più nutrienti, dice Xu. "È vantaggioso per l'organismo rigenerare più di queste [cellule] sane", afferma.
Wild dice che i risultati gettano le basi per esplorare se ci sono simili organelli che immagazzinano fosfato in altri animali, compresi gli esseri umani. Aggiunge che potrebbe essere utile dare uno sguardo più approfondito alla struttura della proteina PXo, per svelare come trasporta il fosfato negli organelli. "Questo sarebbe molto interessante, soprattutto per le persone che provengono dal settore della biologia strutturale", afferma.
Xu afferma che un passo successivo potrebbe essere quello di indagare su come questi organelli che immagazzinano fosfati interagiscono con altri organelli e su come le loro dinamiche cambiano nel tempo. “Ha aperto la porta a molte altre domande”, dice.
La scoperta di un nuovo organello nelle cellule animali evidenzia anche quanto c'è ancora da imparare sulla fisiologia cellulare, aggiunge Xu. "La bellezza è lì, sta solo aspettando che la scopriamo", dice.
FONTI:
Articolo originale: Xu, C. et al. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-023-06039-y (2023).
Recensione su Nature, di G. Conroy: https://www.nature.com/articles/d41586-023-01518-8
