Trilioni di lisosomi

«I lisosomi possono essere considerati centri per la distruzione e il riciclaggio di materiale difettoso o vecchio che, senza il loro intervento, si accumulerebbe all’interno delle nostre cellule intossicandole».

A informarci sull’attività specifica di questi microscopici organelli è il professor Maurizio Molinari, biologo cellulare ed eminente scienziato, dal 2000 Direttore di laboratorio all’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB) di Bellinzona - affiliato all’USI - che quest’anno festeggia i 25 anni di esistenza. «È interessante dire che in mancanza di apporto nutritivo - prosegue l’illustre ricercatore - i lisosomi cominciano a digerire il contenuto delle nostre stesse cellule e riciclarne le componenti per garantire il funzionamento di processi metabolici fondamentali per superare il momento di crisi: si parla di autofagia, da una parola greca che significa mangiare sé stessi. La scoperta dei lisosomi e dei geni che regolano l’autofagia ha portato all’attribuzione del premio Nobel per la Medicina al belga De Duve nel 1974, e al giapponese Ohsumi nel 2016».

Ad accompagnarci al «Lysosomal Tour» nei laboratori dell’IRB anche i due ricercatori e dottorandi Diego Morone e Mikhail Rudinskiy, che unitamente al professor Molinari, nel 2024 hanno pubblicato sulla rivista di biologia cellulare Traffic un importante articolo in cui hanno esposto strumenti e metodologie all’avanguardia che permettono di monitorare la presenza e l’attività dei lisosomi all’interno delle nostre cellule in parte sviluppati nel loro laboratorio di Bellinzona.

Mentre i diversi computer presenti nel laboratorio mostrano sullo schermo lisosomi in action, a Maurizio Molinari chiediamo perché mai all’IRB li si stia studiando.

La risposta è un libro delle meraviglie che dischiude un mondo: «Il nostro gruppo attivo dal 2000 all’IRB si occupa di ricerca fondamentale che mira a capire come le cellule del nostro corpo riescono, seguendo le istruzioni contenute nella molecola di DNA, a produrre le migliaia di proteine che servono, ognuna con la sua specificità, a mantenerci in salute. Il reticolo endoplasmatico è la fabbrica che le produce e che ne permette il trasporto laddove esercitano la loro funzione».

Alcuni esempi esplicativi. «Gli anticorpi vengono immessi nella circolazione sanguinea per proteggerci dall’attacco di virus e batteri, la cheratina deve dare consistenza ad organi come la pelle e ai nostri capelli, l’alfa1-antitripsina protegge i nostri polmoni, la distrofina dà struttura e stabilità alle nostre fibre muscolari. Come succede in tutte le fabbriche, anche in quella contenuta nelle nostre cellule per produrre proteine possono capitare degli errori».

Entrano allora in gioco i lisosomi che eliminano le proteine difettose facendo pulizia all’interno della cellula. Maurizio Molinari: «L’invecchiamento o alcune malattie rare causate da mutazioni nel DNA possono compromettere la funzionalità dei lisosomi e causare l’accumulo di rifiuti tossici nelle nostre cellule. Le malattie che ne derivano sono molto diverse tra loro e dipendono dalla localizzazione delle cellule con difetti degradativi. Se queste sono nel fegato, si riscontrano danni epatici che, nei casi più gravi, possono obbligare al trapianto d’organo. Se sono nei polmoni si hanno ovviamente problemi respiratori. Se si trovano nel cervello, si possono riscontrare deficit nella mobilità, nella coordinazione o disturbi cognitivi caratteristici di malattie come il Parkinson o l’Alzheimer».

«Sopra vediamo l’immagine di una cellula al microscopio confocale - spiega Molinari -. Un programma di intelligenza artificiale (IA) sviluppato dal nostro gruppo di ricerca all’IRB, e in particolare dai miei due studenti di dottorato Diego Morone e Mikhail Rudinskiy, ci informa sul numero, la localizzazione, la morfologia e lo stato di attività dei lisosomi nelle nostre cellule. Nella foto, le strutture verdi con bordo giallo sono i lisosomi inattivi, quelle rosse con bordo azzurro sono i lisosomi funzionali che stanno degradando materiale». Prima di questo programma che combina intelligenza umana e artificiale, le misurazioni venivano fatte manualmente dai ricercatori, con procedimenti complessi e dispendiosi anche in termini di tempo.

Al termine del «Lysosomal Tour» si rimane a bocca aperta pensando all’intelligenza cellulare, capace di fare quello che fa senza averlo appreso… all’università. Maurizio Molinari: «Le nostre cellule, il loro contenuto e le azioni che svolgono sono il frutto di un paio, se non tre miliardi di anni di storia evolutiva, dai primi organismi unicellulari, agli organismi più complessi come le piante e gli animali (noi compresi) che hanno colonizzato il nostro pianeta. Sembra sorprendente ma, a parte qualche dettaglio, le cellule delle piante, del lievito che utilizziamo per fare il pane e quelle del nostro corpo, sono incredibilmente simili. Hanno tutte un nucleo che contiene il DNA, mitocondri che producono energia, una fabbrica, il reticolo endoplasmatico, che produce proteine, zuccheri e lipidi e, ovviamente, hanno gli organelli che si occupano della distruzione di prodotti malriusciti o vecchi e che nelle cellule animali si chiamano lisosomi e in quelle vegetali e dei lieviti si chiamano vacuoli».

Di ritorno dal viaggio nell’estremamente piccolo effettuato nei laboratori IRB di Bellinzona, lo sguardo si sofferma per un attimo sull’Impianto Cantonale di Termovalorizzazione dei Rifiuti di Giubiasco (ICTR). Là fuori, pensiamo, sta succedendo qualcosa di analogo a quello in atto ogni giorno dentro trilioni di cellule del corpo umano...