Nuovi dati dall’Atlante dell’espressione genica del cervello in sviluppo
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 28 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 maggior parte dei geni che costituiscono il nostro DNA si esprime nelle cellule del cervello, consentendo lo sviluppo e il mantenimento di tutte le funzioni che, momento per momento, attuano in chiave biologica l’individualità di ciascuno, realizzando l’identità umana.
Una parte considerevole di geni ha rivelato un’espressione continua e costante, ma una quota non trascurabile sembra legare la propria attività a circostanze temporali, quali le età della vita, o a particolari condizioni, come lo stato di malattia. A questa variazione nel tempo si può immediatamente accostare la variazione nello spazio, costituita dalle differenze di espressione fra le aree anatomiche dell’encefalo, secondo una complessa e dettagliata topografia, oggetto di una notevole impresa di conoscenza scientifica, quale è quella dell’Allen Human Brain Atlas.
Il nome di Carol L. Thompson, che con Lydia Ng condivide il ruolo di primo autore, precede quello di decine di colleghi dell’Allen Institute for Brain Science, guidati da Allan R. Jones, nella firma di un lavoro molto interessante in seno al progetto dell’atlante genetico tridimensionale del cervello.
In breve: 1) gli
autori del lavoro hanno studiato circa 2.100 geni durante sette stadi di
sviluppo del cervello del topo; 2) la genoarchitettura
è stata ricavata dall’analisi automatizzata e manuale dell’imagine;
3) i fattori di trascrizione hanno evidenziato delle modifiche temporali nei
principi di organizzazione molecolare; 4) il codice di un fattore di
trascrizione di 83 geni identifica con assoluta certezza l’età e la regione
cerebrale (Thompson C. L., et al., A High-Resolution
Spatiotemporal Atlas of Gene Expression
of the Developing Mouse Brain. Neuron – Epub ahead of print dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2014.05.033, 2014).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Allen Institute for Brain Science, Seattle, WA (USA).
Per inquadrare i dati discussi in questo studio, è utile un riferimento introduttivo al progetto dell’Atlante del Cervello Umano di Allen, tratto dalla sintesi di una relazione di Diane Richmond pubblicata in precedenza:
“All’inizio di questo decennio, Paul G. Allen, filantropo e co-fondatore
della Microsoft, raccolse intorno a sé alcuni fra i maggiori esperti di
neuroscienze, genomica e biologia molecolare, perché definissero un progetto
finalizzato ad incidere su tutto il campo delle scienze del cervello,
determinando un salto qualitativo decisivo per ottenere un’accelerazione nel
progredire delle conoscenze sulle radici molecolari della fisiologia e della
patologia dell’encefalo. Per giungere al risultato sperato si tennero, a partire
dal 2001, degli incontri volti a discutere ed elaborare in forma critica e
costruttiva varie proposte.
L’idea che raccolse i maggiori consensi fu la
realizzazione di una mappa tridimensionale dell’attività di tutti i geni
conosciuti in tutte le aree dell’encefalo. […]
Concordemente, i ricercatori decisero che il primo
grande passo per questa titanica impresa sarebbe stata la realizzazione di un Mouse Brain Atlas che avrebbe consentito
di definire il metodo di lavoro, valutare tutte le difficoltà, standardizzare
le procedure e, soprattutto, fornire alla comunità neuroscientifica un primo
straordinario strumento di verifica del proprio lavoro. La maggior parte delle
ricerche sulla fisiologia e la patologia dell’encefalo, da quelle volte a
comprendere meccanismi molecolari a quelle che sperimentano farmaci, sono
infatti condotte su cervelli murini, perché il topo condivide con gli altri
mammiferi, uomo compreso, l’organizzazione funzionale del sistema nervoso
centrale, e il 90% dei suoi geni ha un corrispettivo nel nostro patrimonio. In
proposito si può fare un’osservazione, utile soprattutto a coloro che hanno
un’idea ingenuamente deterministica del genoma: il topo presenta
approssimativamente 20.000 geni come l’uomo, pertanto la complessità del nostro
cervello e le dimensioni della sua corteccia sono conseguenza più della qualità
dei processi epigenetici di sviluppo che della quantità degli ingredienti
genetici di base. […]
Dal 2006, la quantità ma soprattutto la qualità dei
dati che è stato possibile ottenere grazie a questo speciale atlante, è stata
veramente notevole ed ha costituito un incoraggiamento durante gli oltre due
anni di studi e pianificazioni che hanno preceduto l’avvio, nel marzo del 2009,
del progetto relativo all’encefalo dell’uomo.”[1].
Per avere informazioni sulle principali acquisizioni
nel primo periodo di studi dei ricercatori di Seattle, si consiglia vivamente
di leggere l’interessante aggiornamento curato da Lorenzo L. Borgia (Note e Notizie 20-11-10 Cosa dobbiamo agli atlanti di
Allen del Cervello).
Allan Jones, Carol Thompson e i loro numerosissimi
colleghi, per ottenere un quadro della “genoarchitettura”
dello sviluppo cerebrale, hanno generato dati da ibridizzazione in situ per il cervello murino embrionario e di
epoca post-natale a 7 stadi di sviluppo diversi, per circa 2.100 geni. I dati sono stati elaborati
mediante una pipeline informatica
automatizzata e, poi, manualmente annotati. Questa risorsa include 434.946
immagini, sette atlanti di riferimento, un’ontologia ontogenetica, e strumenti
per esplorare la coespressione di geni attraverso il processo neuroevolutivo.
Il lavoro ha avuto sicuramente il merito di
identificare i set di geni
coincidenti con i fenomeni evolutivi. Ha poi consentito di rilevare uno shift temporale nei principi che governano l’organizzazione molecolare del
cervello, con una organizzazione temporanea, neuromerica
e basata sulla placca, presente ad E11.3 ed E13.5.
Infine, i dati hanno fornito un codice di
fattore di trascrizione che discrimina le strutture del cervello ed identifica lo stadio evolutivo di un
tessuto, fornendo un fondamento per eventuali manipolazioni genetiche o per la
tracciatura, e dunque il riconoscimento, di specifiche strutture cerebrali nel
corso dello sviluppo.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Floriani per la correzione della bozza 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] Note e Notizie 13-11-10 L’Allen Human Brain Atlas va alla radice della mente e dei suoi disturbi.