Cellule
di Purkinje derivate da staminali embrionali e inserite nel cervelletto
DIANE RICHMOND
NOTE E
NOTIZIE - Anno VIII - 25 settembre 2010.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale
di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). La sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente note di recensione di lavori
neuroscientifici selezionati dallo staff
dei recensori fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori
riviste e il cui argomento rientra negli oggetti di studio dei soci afferenti
alla Commissione Scientifica, e
notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società
Nazionale di Neuroscienze.
[Tipologia del testo:
RECENSIONE]
I neuroni di Purkinje hanno un’importanza cruciale nell’organizzazione
funzionale della corteccia del cervelletto e costituiscono l’unico output che convoglia all’esterno l’esito
di tutte le complesse operazioni compiute nella struttura corticale dove,
integrandosi con le altre informazioni dei sistemi cerebellari,
fornisce ai grandi circuiti neoencefalici il contributo di regolazione
necessario al corretto svolgimento di funzioni posturali, di coordinazione
motoria, di articolazione verbale e di regolazione di numerosi sistemi che fino
ad un recente passato si riteneva non fossero influenzati dall’attività del
cervelletto[1]. Il notevole
interesse dei clinici alla ricerca su queste cellule deriva soprattutto dal
fatto che in molte condizioni patologiche la perdita di neuroni di Purkinje
causa gravi forme di atassia.
Un
gruppo di ricercatori giapponesi guidato da Keiki Muguruma nel laboratorio di
Yoshiki Sasai, principalmente afferenti all’Organogenesis and Neurogenesis
Group, RIKEN Center for Developmental Biology, Kobe (Giappone) e al Laboratory
of Functional Biology Graduate School of Biostudies, Kyoto University
(Giappone), ha ottenuto neuroni di Purkinje da cellule staminali embrionali
(ES) di topo, impiegando un sistema inteso a simulare l’ontogenesi naturale, e
le ha impiantate nel cervelletto fetale ottenendo una buona integrazione
morfo-funzionale (Muguruma K., et al. Ontogeny-recapitulating generation
and tissue integration of ES cell-derived Purkinje cells. Nature Neuroscience [Advance Online Publication
doi:10.1038/nn.2638], 2010).
Prima
di descrivere in sintesi il lavoro dei ricercatori giapponesi, si propone
un’illustrazione delle principali caratteristiche citologiche dei neuroni
oggetto della ricerca.
Le
cellule di Purkinje sono i neuroni del cervelletto con
la più spiccata caratterizzazione morfologica e il maggior rilievo funzionale;
la costanza della loro conformazione, conservata nel corso dell’evoluzione in
pressoché tutte le specie studiate, le ha indicate ai ricercatori come chiave
di volta per la comprensione della fisiologia cellulare dei sistemi
cerebellari. Di forma allungata, con l’asse maggiore diretto dall’alto verso il
basso, il loro corpo cellulare misura in media 30-35 μm nel massimo
diametro trasversale e 50-70 in quello longitudinale. L’osservazione
microscopica del soma rivela una carattere ultrastrutturale distintivo: la
presenza di cisterne, spesso associate a mitocondri, disposte subito sotto la
superficie della membrana plasmatica del pirenoforo e dei dendriti e talvolta
introdotte nel lume delle spine dendritiche. Tali cisterne subplasmalemmali costituiscono dei depositi intracellulari
di Ca2+ importanti per i sistemi molecolari del secondo messaggero.
Uno
o due grandi tronchi dendritici primari si dipartono dal polo esterno del
neurone di Purkinje dando origine ad un’abbondante arborizzazione estesa
lateralmente ma compresa nello spessore di una piatta lamina di tessuto,
costituendo la tipica configurazione “a spalliera”. I dendriti prossimali di
primo e secondo ordine hanno superficie liscia con corte spine arrotondate in
sinapsi con le fibre rampicanti,
invece i dendriti distali, densamente percorsi da spine, ricevono terminali
delle fibre parallele. Altri rami afferenti
inibitori giungono alla base dei dendriti dalle cellule stellate, dalle cellule
a canestro e dai collaterali ricorrenti del cilindrasse stesso.
L’assone
si diparte dal polo interno e riceve sinapsi asso-assoniche dalle cellule a
canestro, poi cresce di calibro, si riveste di mielina[2]
e, dopo aver dato origine a numerosi rami collaterali, si dirige verso i
neuroni nucleari cerebellari e vestibolari costituendo un plesso sinaptico
telodendriale[3].
I
ricercatori hanno accertato che è possibile indurre la una considerevole
produzione di cellule di Purkinje da ES di topo riproducendo i micro-ambienti
di segnalazione auto-induttiva dell’organizzatore istmico. Il marcatore della
superficie cellulare Neph3 ha consentito di ottenere una selezione di cellule
progenitrici di neuroni di Purkinje, che generavano elementi cellulari con le
principali caratteristiche morfologiche distintive delle forme mature, fra cui
le estese arborizzazioni dendritiche conformate secondo le
caratteristiche che abbiamo più sopra ricordato, e markers fra cui la subunità GluRδ2 dei recettori del glutammato,
tipica di queste cellule del cervelletto. Oltre ad altri tratti di somiglianza
morfologica con le cellule mature di Purkinje, i ricercatori giapponesi hanno
rilevato un importante elemento di identità
funzionale: la genesi dei
caratteristici potenziali d’azione spontanei e ripetuti con i
conseguenti potenziali post-sinaptici originati esclusivamente mediante
recettori del glutammato non-NMDA.
Muguruma
e i suoi colleghi hanno poi trapiantato, nel cervelletto fetale murino, i precursori
selezionati mediante fluorescence
activated cell sorting. L’osservazione microscopica ha rivelato la perfetta
integrazione dei neuroni trapiantati nello strato
delle cellule di Purkinje della corteccia del cervelletto. Le cellule
sviluppate artificialmente, oltre a mostrare integrazione
ortotopica,
presentavano assoni originati dal polo interno e fisiologicamente diretti ai
nuclei cerebellari profondi, ed alberi dendritici riceventi le fibre rampicanti e le fibre parallele secondo il normale schema
di organizzazione strutturale.
I
risultati di questa sperimentazione sono veramente rilevanti per la
prosecuzione degli studi sulle cellule di Purkinje e sulla possibilità di
mettere a punto terapie efficaci per i sintomi derivanti dalla loro perdita.
L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura degli scritti di
argomento connesso che compaiono su questo sito.
[1] Per le funzioni non convenzionali del cervelletto, oltre all’intervista al Presidente della Società Nazionale di Neuroscienze (percorso: home page – rubriche – interviste), si veda G. Perrella, Nuove acquisizioni sulla fisiologia del Cervelletto. BM&L-Italia, Firenze 2003.
[2] Ricordiamo che il termine “cilindrasse”, per indicare gli assoni rivestiti di guaina oligodendrocitica, fu introdotto proprio da Purkinje.
[3] Per ulteriori dettagli sulle cellule del Purkinje e sull’organizzazione della corteccia cerebellare si veda in G. Perrella, Appunti sul Cervelletto. BM&L-Italia, Firenze 2005.