Dalla ‘fase solida’ alla diffusione tumorale: individuato il codice molecolare dell’invasività

Scoperto il programma molecolare che, nel cancro delle corde vocali, determina la transizione dei tessuti da uno stato solido e protettivo a uno fluido e invasivo, che favorisce la diffusione della malattia. Sono i risultati di un nuovo studio dell’IFOM, l’Istituto di Oncologia Molecolare di Fondazione AIRC, e del Dipartimento di Oncologia ed Emato-Oncologia (DIPO) della Statale di Milano, che hanno mostrato, per la prima volta, come avviene questa trasformazione e identificato alcune delle molecole che la controllano. I dati sono pubblicati sulla rivista Advanced Science.

Ogni giorno le cellule del nostro corpo sono sottoposte a continue forze meccaniche che, per esempio, agiscono sui movimenti necessari alla respirazione, alla fonazione, al battito cardiaco. I tessuti sani sono in grado di adattarsi e resistere a tali forze, senza perdere la propria integrità. Nei tumori epiteliali, invece, tale capacità di adattamento può favorire la progressione. Un tessuto che impara a rendersi un po’ “fluido” può permettere alle cellule tumorali di muoversi, invadere e diffondersi.

I tumori epiteliali – tra cui i carcinomi squamocellulari e il cancro delle corde vocali – diventano pericolosi soprattutto quando le cellule maligne acquisiscono la capacità di muoversi, invadere i tessuti circostanti e dare origine a metastasi. Il cancro delle corde vocali origina dagli strati epiteliali che rivestono tali strutture, soggette a sollecitazioni meccaniche continue, e la sua aggressività è strettamente legata all’alterazione delle proprietà fisiche del tessuto. Come questi cambiamenti avvengano a livello molecolare è un quesito che è rimasto a lungo senza risposta.

“Era già noto – spiega Giorgio Scita, Direttore del Laboratorio IFOM Meccanismi di migrazione delle cellule tumorali e Professore Ordinario di Patologia Generale al DIPO della Statale di Milano – che i tessuti epiteliali tendono normalmente a evolversi verso uno stato ‘solido’, in cui le cellule sono serrate le une alle altre e scarsamente mobili. Per mutuare una metafora del traffico automobilistico, lo stato è anche detto jammed, o bloccato. Tale stato esercita peraltro una funzione protettiva per il resto dell’organismo e dunque per il paziente, dato che impedisce alle cellule tumorali di muoversi e diffondersi. Per diventare invasive, le cellule devono superare questo ostacolo, transitando verso uno stato più ‘fluido’ – che in gergo chiamiamo unjammed – capace di movimenti collettivi coordinati. In fisica della materia il fenomeno è noto come transizione di fase”.

In studi precedenti – inclusi quelli dello stesso gruppo diretto da Scita – si era osservato che le cellule possono oscillare di volume in modo significativo e che queste fluttuazioni potrebbero abbassare la barriera energetica necessaria a “liquefare” il tessuto. Ma i meccanismi molecolari che innescano e controllano questo processo erano solo in parte noti.

I risultati del nuovo studio, condotto da Hind Abdo e Giorgio Scita, hanno permesso di dimostrare che la transizione verso uno stato fluido e invasivo richiede l’attivazione di geni specifici. Negli esperimenti i ricercatori hanno utilizzato diversi tipi di cellule in coltura: cheratinociti umani, cellule di carcinoma epidermoide, espianti di colture primarie di epitelio bronchiale sano e cellule di carcinoma delle corde vocali e di carcinoma squamocellulare, in varie combinazioni. Le tecniche impiegate hanno compreso sistemi avanzati di imaging, metodi di tracciamento del movimento cellulare in tempo reale ed editing genetico tramite CRISPR-Cas9 per l’eliminazione mirata dei geni di specifiche proteine, chiamate connessine. Si tratta di proteine che formano le cosiddette gap junction, i “ponti o meglio i canali” con cui le cellule vicine comunicano tra loro e si scambiano direttamente alcuni fluidi.

Al centro della scoperta c’è il ruolo di alcuni fattori di crescita, EGF e AREG, normalmente prodotti dall’organismo in risposta a stimoli come le lesioni dei tessuti o la proliferazione cellulare, e spesso espressi in eccesso nei tumori. “L’EGF funziona come un interruttore – spiega Hind Abdo, prima autrice dell’articolo –. Legandosi alla superficie cellulare, avvia una catena di segnali che porta alla produzione di due connessine specifiche, Cx26 e Cx31″. Quando questi canali si moltiplicano, le cellule iniziano a scambiarsi fluidi in modo sincronizzato, gonfiandosi e sgonfiandosi in sequenza. Per dare l’idea, si può pensare a un’onda che percorre una tribuna allo stadio o, più precisamente, ai movimenti coordinati di uno stormo di uccelli. Aggiunge Abdo: “Abbiamo dimostrato che tale processo non avviene però spontaneamente e richiede l’induzione di connessine specifiche. Infatti, quando le abbiamo eliminate con CRISPR-Cas9 o le abbiamo inibite farmacologicamente, il movimento collettivo si è bloccato”.

“Ciò che rende questa scoperta concettualmente rilevante è che abbiamo identificato un programma molecolare preciso e non una risposta passiva a sollecitazioni fisiche. Tale programma consente la transizione del tessuto da uno stato solido e immobile a uno fluido e invasivo. Un livello di controllo molecolare di questo tipo non era ancora stato dimostrato in questo contesto”, afferma Giorgio Scita.

L’analisi di dati anche clinici in grandi banche dati oncologiche inclusa nello studio ha mostrato che l’elevata espressione di Cx26 è associata a una ridotta sopravvivenza dei pazienti con diversi tipi di carcinoma. Le cellule di carcinoma delle corde vocali mostrano, peraltro, un’espressione costitutivamente elevata di connessine anche in assenza di alcuna stimolazione esterna, e un comportamento di movimento persistente, particolarmente sensibile all’inibizione farmacologica. La disponibilità di inibitori delle connessine già noti apre scenari terapeutici che il gruppo intende esplorare in studi futuri, insieme alla validazione dei risultati in colture cellulari tridimensionali e in animali di laboratorio. Lo studio è stato possibile grazie al sostegno di AIRC a un programma AIRC “5 per mille” coordinato da Stefano Piccolo e dell’Unione europea a un progetto ERC-Synergy.