Identificati nuovi neuroni che modulano la neurogenesi
adulta
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 14 giugno 2014.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli
oggetti di studio dei soci componenti lo staff
dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
La zona subventricolare (SVZ, da subventricular zone) o zona subependimale (SEZ, da subependymal zone) del cervello postnatale ed adulto è sede di neurogenesi post-embrionale che si ritiene primariamente controllata da meccanismi intrinseci delle cellule staminali neurali.
Esperimenti
comportamentali e stati patologici hanno suggerito la possibilità di un livello
di input più alto, ma non è stato
provato che definiti patterns di attività provenienti da specifici
circuiti possano direttamente regolare la neurogenesi nella SVZ. Patricia Paez-Gonzalez e colleghi hanno studiato questa possibilità
ottenendo un risultato rilevante (Paez-Gonzalez P., et al. Identification of
distinct ChAT+ neurons and
activity-dependent control of postnatal SVZ neurogenesis. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3734, 2014).
La provenienza
degli autori dello studio è la seguente: Departments
of Neurobiology, Cell Biology and Pediatrics, Duke University Institute for
Brain Sciences, Preston Robert Tisch Brain Tumor
Center, Neurobiology Graduate Training Program, Duke University School of
Medicine, Durham, North Carolina (USA).
Lo studio dei meccanismi di funzionamento e controllo della SVZ attiene alla conoscenza del fenomeno di produzione di nuovi neuroni nel cervello dopo la nascita, una scoperta che ha cambiato un quadro di riferimento centenario nelle neuroscienze. I neuroni del sistema nervoso centrale, e quindi del cervello dei mammiferi, sono elementi cellulari perenni che, a differenza delle cellule di vari altri organi e tessuti (tessuti labili), non si dividono mitoticamente riproducendosi, ma rimangono identitariamente e sostanzialmente immutati, consentendo di conservare gli apprendimenti e i ricordi di tutta una vita. Una nozione di citologia elementare dice che i neuroni cerebrali sono cellule che hanno “rinunciato a dividersi a favore della specializzazione funzionale”, e tale interpretazione non è stata minimamente intaccata dalle nuove scoperte, tuttavia l’immagine statica ed immutabile di un cervello che può solo quotidianamente perdere neuroni senza acquisirne di nuovi è stata superata[1]. Nuovi neuroni sono prodotti per sostenere le nuove memorie, per rinnovare il bulbo olfattivo e, verosimilmente, per contribuire ai processi naturali di riparazione del danno. Di seguito riporto l’ottima sintesi dei cenni storici relativi alla ricerca sulla neurogenesi proposta qualche anno fa dalla collega Diane Richmond.
“Fin dalla scoperta della neurogenesi nell’encefalo
di vertebrati adulti, che si fa in genere risalire agli studi condotti negli
anni Ottanta da Fernando Nottebohm sul cervello degli
uccelli, è stato chiaro che l’accertamento del significato biologico e del
ruolo fisiologico della produzione di nuovi neuroni nel sistema nervoso
centrale dei mammiferi non sarebbe stata impresa facile per molte ragioni, fra
le quali l’entità minima del fenomeno e la sua problematica dimostrabilità in
vivo.
In realtà la ricerca sullo sviluppo di nuovi neuroni
nel cervello adulto è cominciata molto tempo prima degli esperimenti
sull’apprendimento del canto negli uccelli, ma è stata ostacolata e rallentata
in parte dagli stessi problemi che oggi rendono difficile l’accertamento del
suo significato fisiologico. Infatti, la dimostrazione da parte di Peter
Eriksson e Fred Gage[2]
dell’esistenza di neurogenesi spontanea nell’uomo dopo lo sviluppo cerebrale
embrionario, è stata preceduta da un iter sperimentale lungo oltre trent’anni e
a molti ignoto, del quale qui di seguito ricordiamo solo le tre tappe più
importanti.
Già nel 1962 Joseph Altman aveva rilevato chiari
segni di neurogenesi nell’ippocampo di ratto, ma la ripetizione degli
esperimenti da parte di altri ricercatori non aveva confermato il risultato,
gettando dubbi e ingiusto discredito su quel lavoro. Il gruppo di Altman
proseguì lo studio dimostrando la migrazione delle cellule ippocampali neonate
verso altre sedi cerebrali. Le riserve e le critiche espresse da fonti
autorevoli indussero molti ricercatori ad abbandonare la ricerca sulla
neurogenesi, tanto che non vi furono pubblicazioni di rilievo fino al 1979,
quando Michael Kaplan e i suoi collaboratori confermarono
i risultati di Altman. Nel 1983, dopo altri quattro anni di lavoro, lo stesso
gruppo dimostrò la presenza di precursori di cellule nervose nel proencefalo di
scimmia adulta, aprendo la strada al reperimento nell’uomo (per ulteriori
dettagli si veda “Genesi e rigenerazione dei neuroni” in “Il Neurone –
per iniziare”)”[3].
Ancora da una recensione di Diane Richmond, traggo quest’altro significativo brano.
“La scoperta che il cervello dei mammiferi adulti continui a generare nuovi neuroni, ha portato all’identificazione di cellule staminali adulte nell’encefalo maturo. Le cellule staminali furono inizialmente trovate in aree caratterizzate da neurogenesi post-natale, quali il giro dentato dell’ippocampo e la porzione anteriore della zona subventricolare (SVZ, da subventricular zone). Un esempio importante, e per molti versi paradigmatico di questo fenomeno, è dato dall’origine subventricolare dei neuroni del bulbo olfattivo (Alvarez Buylla & Garcia-Verdugo, 2002). Molti neuroni neonati in quest’area migrano a grandi distanze in “catene migratorie” attraverso il proencefalo per integrarsi con le cellule costituenti il bulbo dell’olfatto”[4].
Torniamo al lavoro condotto presso la Duke University da Patricia Paez-Gonzalez e colleghi.
Come accennato introduttivamente, si ritiene che la costante produzione di nuovi neuroni da parte del cervello nella SVZ sia principalmente controllata da meccanismi intrinseci delle cellule staminali neurali, interagenti con segnali extracellulari e guidati dalla nicchia. Numerosi esperimenti di tipo comportamentale ed evidenze emerse da stati patologici, hanno suggerito la possibilità dell’esistenza di un livello di controllo più elevato, ma fino ad oggi non si sa se specifiche configurazioni di attività neurale provenienti da distinti circuiti neuronici possano direttamente regolare la neurogenesi nella SVZ.
I ricercatori hanno identificato una popolazione di cellule nervose fino ad oggi sconosciuta, specificamente residente nella nicchia neurogenetica della SVZ dei roditori, e positiva all’enzima colina acetiltrasferasi (ChAT, da choline acetyltansferase), cioè neuroni ChAT+. Lo studio di questa popolazione cellulare ha mostrato differenze morfologiche e funzionali rispetto alle controparti confinanti, in particolare i neuroni dello striato più prossimi, ed ha evidenziato che le cellule ChAT+ rilasciavano localmente acetilcolina, secondo una modalità dipendente dall’attività.
I ricercatori hanno poi condotto una sperimentazione di verifica in vivo, mediante metodica optogenetica, che ha fornito risultati di grande evidenza. In sintesi: l’inibizione e la stimolazione optogentetica dei neuroni ChAT+ subependimali ha mostrato che queste cellule sono necessarie e sufficienti per controllare la proliferazione neurogenica.
Il prosieguo dello studio, mediante registrazione dell’attività elettrica dell’intera cellula (whole-cell recordings) ed esperimenti biochimici, ha rivelato dirette risposte di cellule staminali neurali (NCS) della SVZ al rilascio di acetilcolina, in sinergia con l’attivazione dei recettori del fattore di crescita del fibroblasto (FGF, da fibroblast growth factor) per aumentare la produzione di neuroblasti.
In attesa di verifiche, conferme ed approfondimenti sperimentali, i risultati di questo studio rivelano un nuovo livello, un unknown gateway, che connette la neurogenesi della SVZ ad un controllo attività-dipendente, e suggerisce possibilità per modulare le capacità neurorigenerative in condizioni fisiologiche e patologiche.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione nell’estensione del testo ed
invita alla lettura dei numerosi scritti di argomento connesso che appaiono
nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella
pagina “CERCA”).
[1] Un’istruttiva lettura al riguardo rimane l’articolo scritto dal nostro presidente per la Società internazionale, a commento di un lavoro che aveva suscitato grande interesse presso la comunità neuroscientifica: BM&L Opinion su “Molecular ‘Stop Signs’ May Hold Secret Of Nerve Regeneration”.
[2] La parte avuta da Elizabeth Gould, anche se spesso non menzionata, sembra sia stata decisiva, secondo diretti osservatori del lavoro condotto in laboratorio.
[3] Note e Notizie 08-09-07 L’esercizio fisico genera neuroni nell’ippocampo.
[4] Note e Notizie 09-06-12 La vera età dei neuroni olfattivi umani crea problemi.