Comunicazione: perché é importante anche a livello cellulare

La comunicazione è fondamentale per gli uomini, figuriamoci per le cellule, che degli uomini sono l’unità biologica fondamentale. Ci domandiamo a ragion veduta come le cellule dialoghino fra loro, quali siano i messaggi che si scambiano e come avviene la loro trasmissione. Ci serve infatti per capire i meccanismi biochimici sui quali si basa il funzionamento del nostro corpo. Non solo: anche su quali punti agire e come in sede di progettazione di farmaci (un processo chiamato drug design).

COMUNICAZIONE: PERCHÉ È IMPORTANTE PER LA VITA

Il principio di centralità della comunicazione è stato sancito anche dall’assegnazione del Premio Nobel 2019 per la Medicina. E non è la prima volta che accade…
Il riconoscimento di quest’anno è andato alla scoperta dei meccanismi di adattamento delle cellule ai cambiamenti nella disponibilità di ossigeno. Sappiamo che esistono molte condizioni patologiche (ma anche fisiologiche, come l’anemia) nelle quali questo elemento scarseggia. Capire come l’organismo reagisce a questa perturbazione può aiutare gli studiosi a comprendere i meccanismi con cui si generano le malattie e dunque come combatterle.
La scelta del Collegio è caduta su tre studiosi impegnati da anni in questo settore. Kaelin, Semenza e Ratcliff sono riusciti a descrivere i meccanismi molecolari scatenati dalle variazioni della disponibilità di ossigeno a livello cellulare. La comunicazione fra cellule è l’elemento che permette la realizzazione di queste reazioni, ossia la sopravvivenza delle cellule.

LA COMUNICAZIONE È QUESTIONE DI CHIMICA

Perché l’ossigeno è così indispensabile per la vita?
Perché i nostri tessuti lo usano per convertire in energia il cibo che ingeriamo. Piccoli organelli cellulari, i mitocondri, sono i depositari di questo delicato meccanismo. Tanto è vero che sono definiti le centrali energetiche della cellula.
La concentrazione di ossigeno nel sangue (detta saturazione) viene attentamente monitorata da un sensore localizzato a livello dell’arteria carotide, nel collo. Quando i livelli di ossigeno scendono, il sensore invia segnali che accelerano la frequenza di respirazione. Quando, viceversa, salgono (può capitare nei casi di iperventilazione) emette messaggi chimici che portano alla riduzione della frequenza respiratoria.
In entrambi i casi, si tratta di un meccanismo di regolazione a feedback mirato a mantenere l’equilibrio.
Si chiamano sistemi di regolazione a feedback tutti quelli che coinvolgono la presenza di recettori deputati alla rilevazione di valori che devono essere mantenuti in un range. Si tratta comunemente dei parametri vitali dell’organismo, che devono essere sorvegliati scrupolosamente per non mettere a repentaglio la vita stessa.
A valle della rilevazione di un valore fuori dall’intervallo di normalità il sistema mette in atto una serie di reazioni che puntano a riportarlo in quel margine.

LA FISIOLOGIA TENDE ALL’EQUILIBRIO

Per riportare la situazione nella norma l’organismo si avvale della chimica. Riceve ed emette segnali chimici, liberando sostanze che attivano cellule o interi tessuti. Questi sono gli effettori, gli attuatori di una risposta.
Come in un domino, a cascata, accadono eventi che tendono sempre ad un limite, quello dell’equilibrio. Parlo di limite, perché l’equilibrio inteso come stato permanente non esiste. Si tratta sempre di oscillazioni attorno ad una posizione di stabilità. Più limitati sono questi scostamenti ondivaghi, maggiore è il nostro stato di benessere.
In questo senso, la comunicazione fra cellule è tesa al raggiungimento dell’equilibrio e in questo strategica. Quella diretta fra glomo carotideo (la struttura che rileva la saturazione di ossigeno nel sangue) e cervello è stata oggetto di un’altra assegnazione di Premio Nobel, nel 1938.

PREMIO NOBEL 2019: L’IMPORTANZA NELLA COMPRENSIONE DEL TUMORE

Per tornare alla scoperta che è valsa il Premio Nobel, possiamo dire che il riassestamento dopo le variazioni nella concentrazione di ossigeno porta naturalmente a delle variazioni nell’organismo. Modifiche che vengono implementate per riportare la situazione alla normalità.
Per permettere alle cellule che lo compongono di fruire di un adeguato livello di ossigenazione, il nostro corpo crea nuovi vasi sanguigni. Dà il via al cosiddetto processo di angiogenesi, fondamentale nello sviluppo del tumore, tanto da essere il bersaglio di diversi farmaci oncologici innovativi.
Diciamo che crea nuove infrastrutture per compensare la scarsa capacità di trasporto in quelle già esistenti.

COMUNICAZIONE: PERCHÉ E IMPORTANTE AVERE UN MESSAGGERO EFFICIENTE

Per fare tutto ciò, il nostro sistema biochimico si avvale di un messaggero. Una molecola che realizza la comunicazione su base chimica, l’eritropoietina.
La conosciamo, EPO, per essere stata protagonista di uno degli scandali del ciclismo (e non solo) dirgli anni scorsi. EPO aumenta l’ossigenazione del sangue e dunque permette di reggere sforzi più intensi.
Come raggiunge questo obiettivo? Attraverso un potenziamento nella produzione di globuli rossi: più eritrociti (da qui il nome eritropoietina), più emoglobina, maggiore capacità di trasporto di ossigeno.
Tutto questo ha un valore nell’ambito della fisiologia, ma se EPO viene somministrata a scopo di doping può causare gravi danni al fisico.

PREMIO NOBEL 2019: IL CODICE SUPREMO DELLA COMUNICAZIONE

In definitiva, la minore disponibilità di ossigeno causa un aumento della frequenza respiratoria e un innalzamento della sintesi di EPO, che porta ad un maggior numero di globuli rossi circolanti e dunque ad un riequilibrio della saturazione in ossigeno.
Tutto questa catena di eventi è mediata da proteine, la cui sintesi avviene nel nucleo seguendo le istruzioni riportate nei geni.
Il codice genetico è una sorta di libretto di istruzioni che serve per fabbricare le proteine. Il DNA viene letteralmente srotolato, aperto nel punto di interesse, copiato e tradotto in una proteina.
Anche qui non sto a sottolineare l’importanza della comunicazione. È l’RNA messaggero a gestirla. Porta l’informazione contenuta nel genoma a speciali organelli (i ribosomi) perché possano fabbricare proteine corrette e utili alle esigenze dell’organismo.
In conclusione, la carenza di ossigeno scatena produzione di EPO, che porta alla liberazione di fattori di trascrizione (sostanze che permettono lo srotolamento del DNA e la sua copiatura), che a sua volta consente la sintesi di proteine che conducono all’estensione della rete di vasi sanguigni.