Placenta Umana: Svelato il Linguaggio Segreto dei Piccoli RNA Cella per Cella

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante all’interno di uno degli organi più incredibili e, per certi versi, ancora misteriosi del corpo umano: la placenta. Sì, proprio quell’organo temporaneo che fa da ponte tra madre e figlio durante la gravidanza, un vero e proprio centro di comando che gestisce scambi vitali e comunicazioni. Nonostante il suo ruolo cruciale, vi stupirà sapere quanto poco ancora la conosciamo a fondo.

La Placenta: Un Mondo Complesso da Esplorare

Immaginate la placenta non come un blocco unico, ma come una metropoli brulicante di diversi tipi di “abitanti”: le cellule. Ognuna ha il suo compito specifico, la sua origine e la sua funzione. La maggior parte della placenta è costituita dai villi coriali, delle specie di “dita” ramificate che si immergono nel sangue materno. Questi villi sono rivestiti da cellule chiamate citotrofoblasti (CTB), che a loro volta si fondono per creare uno strato esterno multinucleato, il sinciziotrofoblasto (SCT), a diretto contatto con la mamma. Ma non finisce qui! I CTB si differenziano anche in altri tipi cellulari, come i trofoblasti extravillosi (EVT), che “invadono” le arterie materne per garantire un flusso sanguigno adeguato.

All’interno del nucleo di questi villi, troviamo altri protagonisti: le cellule stromali (SC), che danno struttura e supporto; le cellule endoteliali (EC), che rivestono i capillari fetali e regolano il flusso sanguigno; e le cellule di Hofbauer (HBC), dei macrofagi speciali (cellule immunitarie) di origine fetale con compiti importantissimi, dalla formazione di vasi sanguigni alla regolazione immunitaria. Capite bene che il coordinamento perfetto tra tutte queste cellule è fondamentale per una gravidanza sana.

Piccoli RNA, Grandi Registi: Gli sncRNA

Ma come fanno queste cellule a “parlarsi”, a coordinarsi, a sapere cosa fare e quando? Qui entrano in gioco dei minuscoli ma potentissimi registi molecolari: i piccoli RNA non codificanti (sncRNA). Non lasciatevi ingannare dalle dimensioni! Queste molecole non servono a costruire proteine (come fa l’mRNA, il messaggero più famoso), ma agiscono come interruttori, regolando finemente quali geni vengono accesi o spenti. Funzionano legandosi a proteine specifiche per formare complessi che possono silenziare altri RNA, modificare RNA ribosomiali (rRNA) o persino “catturare” altri RNA non codificanti.

Esistono diverse famiglie di sncRNA: i più studiati sono i microRNA (miRNA), cortissimi (19-22 nucleotidi), capaci di silenziare molti mRNA diversi. Poi ci sono i piRNA (Piwi-interacting RNA), importanti nel controllo di elementi genetici “saltellanti” e nelle cellule spermatiche. Abbiamo anche gli snRNA (small nuclear RNA) e gli snoRNA (small nucleolar RNA), coinvolti nella maturazione dell’mRNA, e i tRNA (transfer RNA), noti per il loro ruolo nella sintesi proteica ma con funzioni sospettate anche nella regolazione della morte cellulare.

La cosa interessante è che questi sncRNA sono relativamente stabili, più degli mRNA, e questo li rende potenziali candidati come biomarcatori di salute. Nella placenta, alcuni miRNA sono già stati collegati a patologie come la preeclampsia o il ritardo di crescita fetale, specialmente quelli appartenenti a due grandi “famiglie” (cluster) sui cromosomi 14 e 19.

Cosa Abbiamo Fatto: Il Nostro Approccio Unico

Finora, la maggior parte degli studi sugli sncRNA placentari si era concentrata o sull’analisi del tessuto intero (un “mix” di tutte le cellule) o solo sui miRNA, e spesso in un solo tipo cellulare (di solito i CTB). Ma analizzare il tessuto intero è come ascoltare un’orchestra senza distinguere i singoli strumenti: si perde la specificità. La proporzione di ciascun tipo cellulare nel campione può influenzare enormemente il risultato finale.

Ecco perché, nel nostro studio, abbiamo voluto fare un passo avanti. Ci siamo chiesti: qual è il profilo specifico degli sncRNA per ciascuno dei principali tipi cellulari della placenta? Per rispondere, abbiamo preso campioni di placenta sia del primo trimestre (9 campioni) che a termine gravidanza (17 campioni da parti cesarei programmati, senza complicazioni). Da questi campioni, abbiamo analizzato sia il tessuto dei villi coriali “in toto” (bulk) sia le singole popolazioni cellulari.

Come abbiamo isolato le cellule? Con una tecnica sofisticata chiamata FACS (Fluorescence-Activated Cell Sorting), che permette di separare le cellule in base a specifici marcatori presenti sulla loro superficie. Abbiamo così ottenuto popolazioni pure di CTB, SC, EC e HBC per ogni campione di placenta. Un lavoro certosino!

Successivamente, abbiamo estratto l’RNA da tutte queste frazioni (cellule isolate e tessuto intero) e utilizzato un metodo di sequenziamento personalizzato, ottimizzato per i miRNA ma capace di rilevare anche altri sei tipi di sncRNA (piRNA, rRNA, scaRNA, snRNA, snoRNA, tRNA). Abbiamo dovuto fare molta attenzione alla qualità dei dati, escludendo campioni con possibile contaminazione materna o bassa qualità dell’RNA, per essere sicuri dei nostri risultati. Alla fine, avevamo dati di alta qualità per 92 campioni pronti per essere analizzati.

Risultati Principali: Ogni Cellula Ha la Sua “Voce” (RNA)

La prima cosa che abbiamo notato, dopo aver “pulito” i dati da variabili tecniche (come il lotto di sequenziamento o il metodo di estrazione), è che i campioni si raggruppavano principalmente in base al tipo cellulare. Questo ci ha confermato che ogni popolazione cellulare ha un suo profilo di sncRNA distinto.

Abbiamo cercato sncRNA che fossero espressi esclusivamente in un solo tipo cellulare, ma non ne abbiamo trovati. Tuttavia, la scoperta chiave è stata un’altra: ben 115 sncRNA mostravano livelli di espressione significativamente diversi in un tipo cellulare rispetto a tutti gli altri. Li abbiamo chiamati “sncRNA associati al tipo cellulare”. Questi non erano concentrati in una zona specifica del genoma, ma sparsi su diversi cromosomi.

• Le cellule HBC (i macrofagi) sono risultate le più “uniche”, con il maggior numero di sncRNA associati (ben 78!). Questo riflette la loro diversa origine embrionale rispetto alle altre cellule placentari analizzate. Molti dei loro sncRNA specifici erano legati a funzioni immunitarie e di angiogenesi, in linea con il loro ruolo conosciuto. Curiosamente, 7 di questi miRNA specifici per le HBC si trovavano sul cromosoma X.
• I CTB (i “mattoni” fondamentali dei villi) avevano 10 sncRNA associati, tutti miRNA. La cosa sorprendente? Tutti e 10 erano già stati collegati a diversi tipi di cancro (polmone, seno, colon-retto). Questo non è del tutto inaspettato: le cellule trofoblastiche hanno capacità invasive simili a quelle tumorali per potersi impiantare nell’utero materno. I percorsi biologici (pathway) arricchiti da questi miRNA erano infatti legati a processi come la crescita cellulare, la morte cellulare programmata (apoptosi) e la risposta allo stress.
• Le cellule SC (stromali, il “supporto” strutturale) avevano 21 sncRNA associati, molti dei quali (11) localizzati sul cromosoma 14. I pathway associati riguardavano il mantenimento strutturale, la modulazione immunitaria e il ciclo cellulare.
• Le cellule EC (endoteliali, dei vasi sanguigni) avevano 6 sncRNA associati, arricchiti in pathway legati alla comunicazione e segnalazione cellulare, coerentemente con il loro ruolo nella formazione e funzione dei vasi.

I Cluster Placentari Famosi e le Differenze di Sesso

Abbiamo poi dato un’occhiata più da vicino ai famosi cluster di miRNA placentari sui cromosomi 14 (C14MC) e 19 (C19MC e miR-371-3). Questi sono noti per avere espressione specifica nella placenta. Abbiamo confermato che sono espressi, ma con livelli diversi a seconda del tipo cellulare! Ad esempio, i miRNA C14MC erano più abbondanti nelle cellule SC, mentre quelli C19MC erano più alti nei CTB e quelli del cluster miR-371-3 nelle EC. Anche l’andamento tra primo trimestre e termine mostrava delle particolarità: per i C19MC abbiamo visto l’atteso aumento a termine gravidanza, ma per i C14MC (che dovrebbero essere più alti nel primo trimestre) non abbiamo osservato una differenza netta tra i trimestri nei nostri campioni, forse a causa del minor numero di campioni del primo trimestre o della loro qualità leggermente inferiore.

Un altro aspetto interessante è che l’espressione media di questi cluster nei diversi tipi cellulari, combinata, corrispondeva abbastanza bene a quella osservata nel tessuto intero (villi coriali). Tuttavia, il profilo dei soli CTB non combaciava perfettamente con quello dei villi interi. Questo potrebbe dipendere dal fatto che non abbiamo potuto isolare i sinciziotrofoblasti (SCT), che derivano dai CTB e costituiscono gran parte dei villi. È possibile che gli SCT abbiano un profilo di sncRNA molto diverso dai loro progenitori CTB. Ancora una volta, questo sottolinea quanto sia cruciale considerare la composizione cellulare!

Ci siamo anche chiesti se il sesso del feto (XX o XY) influenzasse l’espressione degli sncRNA. Ebbene sì, anche se in misura limitata. Abbiamo trovato alcuni sncRNA (3 piRNA nei CTB, 1 snoRNA negli SC, 1 miRNA negli EC) sui cromosomi non sessuali (autosomi) e altri 4 sncRNA sul cromosoma X (3 miRNA e 1 snRNA, tutti nei CTB) che mostravano livelli diversi tra placente maschili e femminili a termine gravidanza. Questo si aggiunge alle prove esistenti che ci sono differenze biologiche tra placente XX e XY.

Il Legame (Debole) con la Metilazione del DNA

Infine, siccome avevamo già dati di metilazione del DNA (un altro meccanismo epigenetico fondamentale che regola l’espressione genica) per gli stessi campioni di cellule isolate, abbiamo provato a vedere se ci fosse una correlazione tra i livelli di sncRNA e i pattern di metilazione vicino ai geni degli sncRNA stessi. In teoria, questi due meccanismi regolatori possono “collaborare”. Tuttavia, nel nostro studio, non abbiamo trovato correlazioni statisticamente significative dopo aver corretto per i test multipli, probabilmente a causa del numero limitato di campioni per tipo cellulare. Abbiamo però osservato alcune coppie sncRNA-CpG (siti di metilazione) con correlazioni molto alte (positive o negative), suggerendo che un legame esiste, ma servono studi più ampi per confermarlo. Un’eccezione interessante è stata una forte correlazione trovata nei villi a termine tra un miRNA del cluster C19MC (hsa-miR-523-3p, già implicato nella preeclampsia) e un sito CpG vicino.

Cosa Ci Portiamo a Casa da Questo Studio?

Questo lavoro rappresenta, a nostra conoscenza, la prima esplorazione del trascrittoma degli sncRNA specifica per le principali cellule della placenta umana, confrontando anche primo trimestre e termine, e tessuto intero vs cellule isolate.

I messaggi chiave sono:

• Ogni tipo di cellula placentare ha un suo profilo caratteristico di sncRNA, anche se non ci sono sncRNA esclusivi.
• L’espressione di molti sncRNA, inclusi quelli noti per essere importanti nella placenta (come i cluster C14MC e C19MC), varia significativamente tra i tipi cellulari e con l’età gestazionale.
• Il profilo del tessuto placentare intero (bulk) è diverso da quello delle singole cellule isolate, evidenziando l’importanza di considerare l’eterogeneità cellulare negli studi sulla placenta.
• Abbiamo identificato nuovi sncRNA associati a specifici tipi cellulari, le cui funzioni predette sono in linea con i ruoli noti di quelle cellule (es. invasività per CTB, immunità/angiogenesi per HBC).
• Esistono differenze, seppur limitate, nell’espressione di sncRNA tra placente maschili e femminili.
• La correlazione diretta tra espressione di sncRNA e metilazione del DNA a livello locale sembra debole in questo set di dati, ma merita ulteriori indagini.

Certo, il nostro studio ha delle limitazioni: la procedura di isolamento cellulare è complessa e potrebbe stressare le cellule, la resa di RNA dalle cellule isolate è bassa, il numero di campioni del primo trimestre era ridotto, e non abbiamo potuto analizzare i sinciziotrofoblasti. Inoltre, la riproducibilità negli studi sugli sncRNA è spesso una sfida.

Tuttavia, speriamo che questa ricerca fornisca una risorsa preziosa per la comunità scientifica che studia la placenta. Comprendere come questi piccoli RNA regolano le funzioni specifiche di ogni cellula è fondamentale per capire lo sviluppo placentare normale e cosa va storto in caso di complicazioni della gravidanza. È un passo avanti per decifrare il complesso linguaggio molecolare di questo organo straordinario. C’è ancora tantissimo da scoprire, ma ogni tassello ci avvicina a comprendere meglio l’inizio della vita.

Fonte: Springer