La morte è più strana di quanto pensi

Perché alcuni geni diventano più attivi quando la vita finisce?

B Prima che diventiamo noi stessi, prima ancora di avere un cervello, le nostre cellule sono attive: scindere, dividere, differenziare, rendere i blocchi che alla fine si sommeranno a un organismo cosciente e consapevole.

Le nostre cellule ci precedono, ma sopravvivono anche a noi. Molto tempo dopo aver spento le luci per te, le singole celle non abbandonano il fantasma. In effetti, alcune cellule possono sopravvivere per giorni e altri per settimane in un cadavere.

Cosa sta succedendo esattamente in quelle cellule che infuriano contro la morte della luce? Fino a poco tempo fa nessuno si prendeva la briga di guardare da vicino. Ma ora una linea di ricerca evocativa sta facendo a pezzi alcune supposizioni su cosa sia la morte.

Non solo le cellule sopravvivono per un po ‘dopo la morte di un organismo, ma possono addirittura combattere per vivere. L’attività di alcuni geni aumenta dopo la morte, in quanto le cellule sembrano aver percepito che qualcosa è andato terribilmente storto. È come un astronauta nello spazio profondo che improvvisamente ottiene il silenzio sulla radio e fasci di fasci segnali verso la Terra, ignaro che un olocausto nucleare ha spazzato via tutto ciò che le è caro.

I ricercatori che scoprono i dettagli di questa attività genetica post-mortem pensano che potrebbe avere conseguenze per il trapianto di organi, la ricerca genetica e la scienza forense. Ma prima devono convincere i loro colleghi ricercatori che vale la pena studiare la vita cellulare dopo la morte.

“Non è possibile ottenere una sovvenzione NIH per questo”, dice uno dei ricercatori, Alexander Pozhitkov, un chimico e genetista presso il centro di ricerca sul cancro della City of Hope in California. “Questo è troppo strano, giusto?”

Si lo è

L’intera faccenda è iniziata nel 2009, quando Pozhitkov era un ricercatore post-dottorato presso il Max Planck Institute for Evolutionary Biology in Germania. È stato lì che ha avuto la possibilità di perseguire un progetto a cui stava pensando da più di un decennio.

Pozhitkov ha acquisito circa 30 zebrafish dalla colonia dell’istituto. (Questi pesci tropicali sono comunemente usato nella ricerca perché, tra le altre cose, hanno embrioni trasparenti, ideali per osservare lo sviluppo.) Ha ucciso gli animali scioccandoli con una rapida immersione in un refrigeratore di acqua ghiacciata, quindi li ha rimessi nella loro normale vasca Fahrenheit di 82 gradi.

Nel corso dei successivi quattro giorni, raccolse periodicamente alcuni pesci dal serbatoio, li congelò in azoto liquido e poi analizzò il loro RNA messaggero. Queste sono molecole filiformi che svolgono il lavoro di traduzione del DNA in proteine; ogni filamento di RNA messaggero è una trascrizione di alcune sezioni del DNA. Più tardi Pozhitkov ei suoi colleghi hanno ripetuto lo stesso processo con i topi, sebbene la loro morte sia stata risolta dal collo spezzato piuttosto che da uno shock da freddo.

Quando il collega di Pozhitkov, Peter Noble, allora biochimico dell’università di Washington, ha scavato nei dati su quanto fosse attivo l’RNA messaggero ogni giorno dopo la morte, qualcosa lo sorprendeva. Sia nel pesce che nei topi, la traduzione dei geni nelle proteine ​​generalmente diminuiva dopo la morte, come ci si aspetterebbe. Ma il conteggio dell’RNA messaggero ha indicato che circa l’1 percento dei geni effettivamente è aumentato in trascrizione dopo la morte. Alcuni stavano sbuffando lungo quattro giorni dopo la morte della vita.

Non era che i ricercatori si aspettassero una cessazione totale dell’attività nel momento in cui zebrafish e topi si allontanavano da questa spirale mortale. Ma per rilevare aumenti nella trascrizione piuttosto che solo il lampeggiare delle luci a una a una? Quella era “la cosa più bizzarra che abbia mai visto”, dice Noble.

Non tutti sono rimasti impressionati. Noble e Pozhitkov hanno ascoltato molte critiche dopo che la storia ha fatto il giro, prima sul sito di prestampa bioRxiv nel 2016 e poi in un foglio in Biologia aperta nel 2017. La critica principale era che avrebbero potuto interpretare erroneamente un bip statistico. Poiché le cellule muoiono a velocità diverse, forse le trascrizioni registrate nelle cellule ancora viventi costituiscono solo una percentuale maggiore di tutte le trascrizioni totali, afferma Peter Ellis, docente di biologia molecolare all’Università del Kent. Pensa alle trascrizioni come calze in un cassetto, dice. Se hai perso alcuni di quelli rossi, i restanti calzini bianchi costituirebbero una percentuale maggiore della tua collezione totale di calze, ma non ne avresti acquisito di più.

“La cosa più bizzarra che abbia mai visto.”

Da quella pubblicazione originale, tuttavia, ci sono suggerimenti che qualcosa di più sta succedendo nelle cellule che stanno ancora ribollendo dopo la morte dell’organismo. In uno studio pubblicato a febbraio a Comunicazioni della natura altri ricercatori hanno esaminato campioni di tessuti umani e trovato centinaia di geni che alterano la loro espressione dopo la morte. Alcuni geni declinarono nell’attività, ma altri aumentarono. Un gene che promuove la crescita, EGR3 , cominciò a dilatarsi nell’espressione quattro ore dopo la morte. Alcuni fluttuavano avanti e indietro, come il gene CXCL2 , che codifica per una proteina di segnalazione che chiama globuli bianchi nel sito di infiammazione o infezione.

Questi cambiamenti non sono stati solo il risultato passivo di trascrizioni degradanti a tassi diversi, come le calze rosse sporadicamente perse, dice Pedro Ferreira dell’Università di Porto, che ha guidato lo studio. Qualcosa, dice, stava seguendo quell’espressione genica attivamente regolata “anche dopo la morte dell’organismo”.

Chiamate di soccorso finali

Quando un organismo muore, le cellule più importanti ad alta intensità energetica seguono per prime. Addio, neuroni. Ma più cellule periferiche continuano a svolgere il loro lavoro per giorni o addirittura settimane, a seconda di fattori come la temperatura e il decadimento. In uno studio del 2015 , i ricercatori sono stati in grado di convincere le colture di cellule vive dalle orecchie di capra 41 giorni dopo che le capre sono state massacrate. Hanno ottenuto queste cellule dai fibroblasti, che costituiscono il tessuto connettivo e sono relativamente a bassa energia. Mantenerli in vita per 41 giorni non ha richiesto altro che la normale refrigerazione. “La morte organismica non ha significato a livello cellulare”, dice Ellis.

Ma la morte fa impazzire il mondo delle cellule tagliando ossigeno e sostanze nutritive , almeno. Allora, cosa sta guidando l’espressione genica postuma? Questa è una domanda aperta, ma un nuovo articolo di Noble e Pozhitkov potrebbe contenere indizi.

La ricerca, ora su bioRxiv , non è stato ancora sottoposto a peer review, ma usando i dati originali di zebrafish e mouse, Noble ha scoperto che l’RNA messaggero attivo dopo la morte non è come il resto dell’RNA messaggero nelle cellule. Circa il 99 percento delle trascrizioni dell’RNA che galleggiano intorno alle cellule si degradano rapidamente quando l’organismo muore, dice Noble. Il restante 1% ha qualcosa di speciale: alcuni modelli di singoli nucleotidi che si legano a molecole che regolano l’RNA messaggero dopo la trascrizione. Questa sembra essere una grande parte di ciò che fa andare avanti le cose dopo la morte.

Pozhitkov e Noble sostengono che questo meccanismo potrebbe essere parte di come le cellule reagiscono a una situazione dalla quale l’organismo potrebbe teoricamente ritornare, come un vicino annegamento. Le cellule potrebbero essenzialmente cercare di “aprire tutte le valvole” nelle loro piaghe, dice, permettendo ad alcuni geni legati allo stress, come quelli che rispondono all’infiammazione, di esprimersi.

È come un astronauta nello spazio profondo che ottiene il silenzio alla radio e fugge freneticamente segnali a casa, ignaro che un olocausto nucleare ha spazzato via la Terra.

Per Ellis, questo tipo di scoperta è un effetto collaterale di processi che potrebbero essere interessanti durante la vita, ma sono un semplice simulacro nella morte. Eppure Ferreira vede implicazioni pratiche. Alcune ricerche genetiche vengono eseguite su campioni di tessuto che sono stati rimossi da un corpo. È importante sapere come la trascrizione cambia dopo la morte, in modo che i risultati non vengano distorti dalle chiamate di emergenza definitive delle cellule.

Ferreira e il suo team sono stati anche in grado di individuare l’ora della morte di un individuo basandosi esclusivamente sui cambiamenti post mortem nell’espressione genica. In teoria potrebbe essere utile, per esempio, in un’indagine per omicidio. Ma il gruppo di Ferreira ha il vantaggio di sapere che i loro campioni di tessuto sono stati prelevati e conservati utilizzando metodi all’avanguardia dai donatori senza determinate condizioni mediche. Nella vita reale, i fattori che vanno dalle condizioni pre-esistenti del cadavere alla temperatura dell’ambiente circostante al tempo trascorso prima del campionamento potrebbero influenzare la sequenza temporale dell’RNA, dice Ferreira. In altre parole, la tecnica è lungi dall’essere pronta per il sistema giudiziario.

Noble e Pozhitkov hanno in mente altre considerazioni pratiche. Gli organi prelevati dai donatori per il trapianto trascorrono almeno un po ‘di tempo fuori dal corpo e il loro RNA può iniziare a inviare lo stesso tipo di segnali di pericolo visti nella morte. È possibile che questo possa avere conseguenze sulla salute a lungo termine per il ricevente del trapianto, dice Pozhitkov. Dopo tutto, i trapiantati hanno un tasso di cancro più alto rispetto alla popolazione generale. Forse non è, come comunemente creduto, principalmente dai farmaci immunosoppressori che assumono, ma piuttosto “dal processo postmortem nell’organo”, dice.

Questo è tutto speculativo, anche se i ricercatori sui trapianti stanno esplorando se farlo mantenere gli organi caldi sul supporto vitale invece di refrigeratori refrigeranti per migliorare i risultati del trapianto. Non è chiaro fino a che punto la trascrizione dell’RNA spiega nessuno dei benefici dei trapianti caldi.

Per ora, tuttavia, la ricerca sull’aldilà cellulare è essa stessa in supporto vitale. Noble sta cercando un nuovo appuntamento accademico dopo aver lasciato il suo ultimo lavoro all’Università dell’Alabama. Il finanziamento di Pozhitkov al centro City of Hope è per progetti non correlati. Tuttavia, entrambi sono fermi sul fatto che le loro scoperte non debbano essere relegate nel cestino della scienza bizzarra. Entrambi vogliono far rivivere il lavoro.