Modello del dolore con fibroblasti trasformati in nocicettori
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 06 dicembre 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 è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Noi esseri umani, come gli altri mammiferi inclusi i roditori impiegati negli esperimenti di laboratorio, rileviamo il dolore, il prurito, la temperatura, la pressione, lo stiramento, la posizione degli arti nello spazio, mediante segnali provenienti dai neuroni sensoriali periferici. Questi neuroni possono essere ripartiti in tre classi funzionali in base alla loro selettiva espressione dei recettori TrkA, TrkB e TrkC: nocicettori/pruritocettori, meccanocettori e propriocettori. È stato dimostrato che la temporanea coespressione di specifici geni consente di riprogrammare fibroblasti murini e umani inducendoli ad acquisire le proprietà caratteristiche di ciascuna di queste tre classi di neuroni sensitivi, inclusa l’espressione dei recettori Trk.
Una simile
riprogrammazione di cellule somatiche può essere impiegata per realizzare
modelli patologici in vitro. Brian J.
Wainger e colleghi sono riusciti ad indurre la
diretta conversione di fibroblasti in neuroni nocicettivi mediante
l’espressione di cinque fattori di trascrizione ed hanno dimostrato che il
profilo di espressione delle nuove cellule ricalca quello dei nocicettori
naturali. Inoltre, i nocicettori neoprodotti
rispondono, come quelli naturali in vivo,
alle molecole di agonisti recettoriali che si impiegano per riprodurre artificialmente
l’effetto dei processi che seguono stimoli dolorosi da cause accidentali o dovuti
ad alterazioni tessutali patologiche (Wainger B. J., et al., Modeling
pain in vitro
using nociceptor neurons reprogrammed from fibroblasts. Nature Neuroscience – Epub
ahead of print doi:10.1073/nn.3886, 2014).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Neurobiology, Harvard Medical
School, Boston, Massachusetts (USA); Department of Anesthesia, Critical Care
and Pain Medicine and Department of Neurology, Massachusetts General Hospital,
Boston, Massachusetts (USA); F. M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s
Hospital and Harvard Stem Cell Institute, Cambridge, Massachusetts (USA); The
Howard Hughes Medical Institute, Harvard University; Department of Stem Cell
Biology and Regenerative Medicine, Eli and Edythe Broad CIRM Center for
Regenerative Medicine and Stem Cell Research, University of Southern
California, Los Angeles, California (USA).
La percezione del dolore ha un’importanza vitale per l’individuo e la specie, perciò si sono evolute modalità diverse di risposta a stimoli nocivi da parte degli organismi viventi. Nelle specie più evolute si sono sviluppati vari e distinti meccanismi per la trasmissione dell’informazione nocicettiva. Nell’uomo, cinque diverse vie nervose portano al cervello l’informazione dolorifica, che origina alla periferia da recettori diversi e con vari meccanismi molecolari. Proprio questa molteplicità, che fa delle singole modalità di elaborazione della nocicezione processi biologicamente distinti, assicura lo scopo dell’efficacia evolutiva e spiega la vastità e la complessità della materia indagata dai ricercatori[1].
La necessità di disporre di sistemi biologici semplificati in vitro come modelli per studiare i meccanismi del dolore è oggi prioritaria, perciò si intuisce l’importanza dello studio qui recensito.
La possibilità di riprogrammare cellule, e in particolare i fibroblasti, per conferire loro i caratteri di specializzazione funzionale di neuroni differenziati esiste da tempo, ma è solo di recente che sta fornendo i risultati sperati. Un esempio significativo viene da uno studio, realizzato contemporaneamente a quello qui recensito, da ricercatori di istituti neurobiologici di La Jolla, in California, in collaborazione con un istituto dell’Accademia delle Scienze d’Ungheria. In particolare, Joel W. Blanchard e colleghi hanno realizzato neuroni sensoriali indotti (iSNs, da induced sensory neurons) elettricamente attivi delle 3 classi prima menzionate, coesprimendo temporaneamente Brn3a con Ngn1 o Ngn2. Le nuove cellule iSNs presentavano il caratteristico pattern di espressione genica dei neuroni naturali, inclusa l’espressione dei recettori Trk, e i ricercatori hanno potuto identificare sotto-insiemi di iSNs che selettivamente rispondevano ai ligandi impiegati ordinariamente per l’attivazione specifica dei neuroni del prurito e del dolore (Blanchard J. W., et al., Selective conversion of fibroblasts into peripheral sensory neurons. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3887)[2].
La riprogrammazione di cellule somatiche dal loro destino differenziativo ad un altro, può dunque consentire di generare neuroni per creare modelli di studio di processi fisiopatologici e modelli per verificare l’efficacia di farmaci, accanto ad altri impieghi possibili. Per ottimizzare l’utilità dei neuroni derivati dal paziente, è necessario che essi modellino non solo le classi cellulari rilevanti per la malattia, ma anche la diversità dei sub-tipi trovati in vivo e i cambiamenti fisiopatologici sottostanti le specifiche malattie cliniche. Wainger e colleghi hanno identificato 5 fattori di trascrizione in grado di riprogrammare fibroblasti di topo e di uomo in neuroni capaci di rilevare stimoli nocivi o nocicettori.
I fattori di trascrizione identificati dagli autori dello studio erano in grado di ricapitolare la “quintessenza” di recettori e canali ordinariamente reperiti nei neuroni del dolore del topo adulto, così come la diversità in sotto-tipi delle specie naturali.
Importanti esperimenti sono stati condotti inducendo nei nuovi neuroni nocicettivi risposte che normalmente sono sviluppate in vivo per effetto di dolore infiammatorio e di algie dovute a neuropatia da chemioterapici. Impiegando il mediatore dell’infiammazione, prostaglandina E2, e il farmaco chemioterapico oxaliplatin, i ricercatori hanno verificato se le cellule ricavate dai fibroblasti potevano costituire un modello della risposta molecolare, rispettivamente, al dolore infiammatorio e a quello della neuropatia da farmaci. L’esito della sperimentazione ha dato una risposta positiva: i nocicettori derivati dai fibroblasti hanno fatto registrare la sensibilizzazione di TrpV1 alla prostaglandina E2 e all’oxaliplatin, “modellando” le risposte tipiche dei neuroni sensoriali naturali.
Infine, una speciale sperimentazione applicativa ha fornito dati di notevole valore: i ricercatori hanno impiegato fibroblasti provenienti da pazienti affetti da disautonomia familiare o neuropatia ereditaria sensoriale e dell’autonomo (vegetativa) di tipo III e, trasformandoli in neuroni nocicettivi, hanno rilevato aspetti in precedenza sconosciuti dei fenotipi della malattia umana in vitro.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione e
invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella
sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA”).
[1] Il lettore non specialista potrà avere un’idea della materia consultando l’ultima edizione del Wall & Melzack’s Textbook of Pain [McMahon, Koltzenburg, Tracey, Turk (editors-in-chief), Elsevier, 2013].
[2] La provenienza degli autori è la seguente: Department of Molecular and Cellular Neuroscience, Dorris Neuroscience Center; Molecular and Integrative Neuroscience Department, The Scripps Research Institute, La Jolla, California (USA); BioCircuits Institute; Neuroscience Graduate Program, University of California a San Diego, La Jolla, California (USA); Balaton Limnological Institute of the Hungarian Academy of Sciences (Ungheria).