Caratterizzazione dei meccanismi di espansione cutanea mediata da stiramento

La pelle è l’interfaccia meccano recettiva maggiore del nostro corpo ed ha funzione di protezione dei tessuti sottostanti. L’epidermide, lo strato più esterno della pelle, è mantenuto da cellule basali proliferanti, che poggiano sulla membrana basale e che differenziano verso l’esterno, formando un epitelio squamoso e stratificato che assicura la funzione di barriera cutanea. La capacità rigenerativa dell’epidermide e la sua accessibilità hanno reso questo tessuto un sistema modello fondamentale nello studio delle cellule staminali. In quanto tessuto di protezione dall’ambiente esterno, la pelle è spesso sottoposta a stress meccanici ai quali è in grado di rispondere senza perdere funzionalità e integrità, adattando forma e dimensioni tramite cambiamenti nell’espressione genica, nella forma e nel destino cellulare. La mia tesi prende in analisi il lavoro svolto da Aragona M. e colleghi, intitolato “Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolution”, il cui obiettivo è comprendere in modo dettagliato i meccanismi cellulari e trascrizionali che permettono mantenimento, rinnovamento e differenziamento del tessuto epidermico in seguito a stiramento meccanico in vivo. Questi processi vengono analizzati attraverso l’analisi clonale, combinata con il sequenziamento dell’RNA a livello di singola cellula, definendo così i geni coinvolti nella risposta all’espansione cutanea che permettono differenziamento e rinnovamento delle cellule staminali. In questo studio vengono utilizzati due modelli murini: Rosa26 mT/mG e Krt14-creER-Rosaconfetti. Entrambi sfruttano il sistema Cre-LoxP. Il primo permette di marcare la membrana cellulare, mentre il secondo permette di marcare geneticamente le cellule staminali che esprimono la cheratina 14 (Krt14) per seguire il destino cellulare della loro progenie. Per mimare lo stiramento meccanico è stato utilizzato un modello in cui si induce espansione cutanea tramite l’idrogel, un dispositivo in silicone. Inizialmente, viene dimostrato, con il modello Rosa26 mT/mG, come proliferazione e differenziamento cellulare si bilancino durante lo stiramento e, nello specifico, analizzando l’incorporazione BrdU combinata con immunofluorescenza anti-Krt14, viene evidenziato l’aumento di divisioni cellulari delle cellule staminali basali (Krt14+) durante l’espansione. Successivamente, attraverso il modello murino Krt14-creER-Rosaconfetti, Aragona e colleghi hanno eseguito l’analisi clonale delle cellule staminali Krt14+ durante lo stiramento, dimostrando l’esistenza di un’organizzazione tissutale a nicchia, in cui sono presenti cellule basali organizzate secondo una gerarchia: una cellula staminale responsabile del rinnovamento cellulare e una cellula progenitrice destinata al differenziamento. Infine, sono stati presi in analisi i meccanismi trascrizionali coinvolti nello stiramento cutaneo: tramite il sequenziamento dell’RNA a livello di singola cellula, sono state evidenziate le vie di segnalazione coinvolte nella proliferazione (e.g., gene MEK e gene MAL). In conclusione, i risultati ottenuti in questo studio descrivono quali sono i meccanismi cellulari e trascrizionali che caratterizzano la risposta allo stiramento delle cellule staminali epidermiche, in vivo e a livello della singola cellula.