Role of collagen VI in skeletal muscle regeneration and intestinal homeostasis

Durante il mio percorso di dottorato mi sono occupata di studiare il ruolo del collagene VI nella rigenerazione del muscolo scheletrico e nell’omeostasi dell’intestino. Il collagene VI è una glicoproteina della matrice extracellulare (MEC) costituita da tre catene geneticamente distinte, le quali si organizzano in modo da formare un’estesa rete di microfilamenti in grado di connettere cellule e altri componenti della MEC. Mutazioni a carico dei geni codificanti le catene del collagene VI causano diverse patologie muscolari, principalmente la miopatia di Bethlem e la distrofia muscolare congenita di Ullrich. Gli studi condotti sul modello knockout murino privo di collagene VI hanno permesso di chiarire i difetti patomolecolari causati dall’assenza di questa proteina, dimostrandosi utile anche per l’identificazione di nuovi trattamenti farmacologici per le malattie umane. Nel coso degli anni, molteplici studi hanno messo in luce le diverse funzioni esercitate dal collagene VI nel regolare diversi eventi cellulari e tissutali, tra cui l’apoptosi e il danno ossidativo, l’autofagia, il differenziamento cellulare, il mantenimento della staminalità ai fini rigenerativi e le proprietà biomeccaniche. Nel corso del mio dottorato ho partecipato inizialmente alla caratterizzazione del ruolo del collagene VI durante la rigenerazione del muscolo scheletrico e la sua influenza sull’attività delle cellule satelliti, la popolazione principale di cellule staminali adulte nei muscoli scheletrici. Da tali studi è emerso che il collagene VI è un componente essenziale della nicchia delle cellule satelliti. La mancanza di tale proteina determina una ridotta rigenerazione tissutale e una diminuita capacità delle cellule satelliti di compiere self-renewal in seguito a danni muscolari multipli. I muscoli dei topi privi di collagene VI sono caratterizzati da una minore stiffness e approfondite analisi condotte in vitro hanno rivelato che le proprietà staminali e rigenerative delle cellule satelliti sono fortemente compromesse quando coltivate su biomateriali con un modulo elastico che mima la condizione patologica. Le capacità rigenerative e le proprietà meccaniche dei muscoli di topi privi di collagen VI vengono ripristinate in seguito alla deposizione di collagene VI, ristabilita tramite grafting di fibroblasti muscolari isolati da topi wild-type. Complessivamente, questi studi hanno dimostrato che modulando le proprietà meccaniche del muscolo, il collagene VI è in grado di regolare l’attività delle cellule satelliti. Abbiamo inoltre dimostrato che la somministrazione di ciclosporina A è in grado di stimolare la miogenesi in condizioni fisiologiche, inducendo la formazione di nuove fibre muscolari, e di migliorare la rigenerazione muscolare e l’omeostasi delle cellule satelliti in seguito a danni muscolari nei topi privi di collagene VI. Successivamente mi sono dedicata ad indagare il ruolo del collagene VI nell’omeostasi dell’intestino. Sebbene questa proteina sia ampiamente distribuita nella mucosa e nello strato muscolare, la sua assenza sembra non comportare alterazioni macroscopiche sull’architettura intestinale. L’analisi della funzionalità del sistema gastrointestinale ha evidenziato un’aumentata motilità e una ridotta permeabilità paracellulare in assenza di collagene VI. Esperimenti di induzione di colite acuta mediante sodio solfato destano hanno rivelato che i topi privi di collagene VI presentano una ridotta risposta e severità, associate ad una minore perdita di peso corporeo e minore infiammazione della mucosa del colon rispetto ai topi wild-type. Inoltre, durante la fase di colite acuta il reclutamento di cellule infiammatorie è risultato essere aumentato nei topi wild-type, comportando un aumento del numero di macrofagi e di attività dei neutrofili, mentre si riduce durante la fase di recupero seguente la colite acuta, favorendo la rigenerazione tissutale. Di contro, nei topi privi di collagene VI l’infiammazione è risultata essere ancora attiva durante la fase di recupero, con un elevato numero di macrofagi pro-infiammatori M1, un’alta attività dei neutrofili e un peggioramento della perdita di peso. Inoltre l’assenza di collagene VI ha dimostrato influenzare il comportamento dei macrofagi della mucosa del colon, sia in condizioni fisiologiche sia durante i primi giorni di infiammazione acuta, la cui attività è essenziale per assicurare l’omeostasi della mucosa intestinale. Nel complesso, da questi studi è emerso che il collagene VI esercita un ruolo da chemoattrattore per le cellule infiammatorie durante la fase di colite acuta, mentre nella successiva fase di risoluzione la sua presenza è necessaria nell’indurre una corretta rigenerazione tissutale. Studi di immunofluorescenza hanno inoltre rivelato nei topi wild-type un’elevata espressione di collagene VI in stretto contatto con i macrofagi della mucosa del colon durante la fase di colite acuta. L’evidenza di un’aumentata espressione di collagene VI su biopsia di ileo di paziente affetto da morbo di Crohn, associata ad un elevato numero di macrofagi rispetto al controllo sano, suggerisce un coinvolgimento di questo componente della MEC nel decorso delle malattie infiammatorie intestinali. In conclusione, le evidenze emerse in questo mio lavoro di tesi avvalorano l’importanza del ruolo della matrice extracellulare nell’omeostasi tissutale.