Un cervello trasparente per vedere la neurogenesi
Alcuni
anni fa, seduti su una panchina del Giardino di Boboli con la Canadese Lisa
Wilson, si discuteva dei meccanismi di selezione nella maturazione della
corteccia cerebrale. Ad un tratto lei disse: “Ci vorrebbe un cervello
trasparente per vedere cosa esattamente accade all’interno di una struttura
così complessa e densa di neuroni!”
Questo
desiderio, proposto per gioco come paradosso in quanto irrealizzabile, sembra
che oggi si possa soddisfare. Un pesce d’acqua dolce dei Ciprinidi, noto negli
USA col nome di zebrafish per le sue strie, ha nello stadio embrionario un
cervello perfettamente trasparente. Lyons e i suoi collaboratori (Lyons D. A. e coll. Monitoring neural progenitor fate through multiple rounds
of division in an intact vertebrate brain. Development 130, 3427-3436,
2003) hanno deciso di sfruttare la trasparenza per studiare
la neurogenesi in vivo. La possibilità di vedere direttamente cosa accada nel
cervello di un vertebrato è subito apparsa come un’occasione unica ed
estremamente stimolante. Infatti la maggior parte delle nostre attuali nozioni
sui meccanismi di neurogenesi sono state desunte dallo studio di invertebrati,
fra cui varie specie di vermi e il moscerino della frutta, Drosophila
melanogaster.
I
ricercatori si sono chiesti se la divisione cellulare asimmetrica, tanto
importante negli invertebrati, avesse un ruolo nello sviluppo dell’encefalo dei
vertebrati.
Per
seguire il percorso maturativo delle cellule progenitrici dell’area proliferativa
ventricolare le si è marcate con destrano fluorescente e si è impiegata, per
l’osservazione degli embrioni vivi, una speciale tecnica di microscopia (confocal
microscopy). Per seguire la nascita dei nuovi neuroni sono stati adoperati
embrioni sottoposti ad un trattamento di ingegneria genetica che consente alle
nuove cellule di esprimere, sotto il controllo del marker neuronale HuC, una
proteina fluorescente di un bel colore verde.
I
risultati sono stati davvero molto interessanti.
Come
è noto, negli invertebrati la divisione cellulare asimmetrica è il meccanismo
fondamentale per generare la diversità nelle popolazioni neuronali. Questo
processo ha origine nella ripartizione diseguale nelle due cellule figlie delle
molecole che determinano la differenziazione, così che una delle due si
sviluppa caratterizzandosi in forma matura e l’altra continua ad assomigliare
alla cellula madre. La cellula differenziata e quella indifferenziata
continueranno, poi, a dividersi senza cambiamenti.
La
divisione asimmetrica, negli embrioni di Lyons, era all’origine solo dell’11%
dei neuroni, mentre nell’89% dei casi si verificava una successione mitotica
più complessa ed interessante. Nella maggior parte delle mitosi, la prima
divisione della cellula madre immatura dava luogo ad un neurone e ad una copia
di sé che, però, immediatamente si divideva generando due neuroni. In altre
parole, il processo avveniva in due fasi, la prima asimmetrica e la seconda
simmetrica caratterizzata dalla scomparsa delle cellule progenitrici.
Questo
studio su cervello embrionario trasparente ha anche rivelato un’altra curiosa
particolarità, che senz’altro aprirà la strada a nuove conoscenze sui
meccanismi di neuro-embriogenesi.
Sappiamo
che la divisione cellulare asimmetrica negli invertebrati e nella retina dei
vertebrati si svolge secondo un piano perpendicolare al neuroepitelio. I
risultati in questo senso, finora tutti concordanti, avevano consolidato
l’opinione che la proliferazione asimmetrica avvenisse sempre lungo una linea
perpendicolare alla linea ideale passante per la fila basale di cellule
neuroepiteliali. Lyons e collaboratori hanno trovato nel loro modello
sperimentale una totale indipendenza del tipo di divisione, simmetrica o
asimmetrica, dalla posizione parallela o perpendicolare al piano
neuroepiteliale. Anzi, nell’area di proliferazione ventricolare hanno reperito
la proporzione maggiore di divisioni asimmetriche su un piano parallelo. Se gli
autori riusciranno a comprendere le ragioni di questo fenomeno in termini di meccanismi
di sviluppo e le loro osservazioni saranno confermate, saremo in presenza di
una scoperta da non sottovalutare per
comprendere i criteri con cui la selezione naturale ha scelto i processi più
adatti per procedere nel lungo cammino filogenetico che va dal sistema nervoso
dall’insetto all’encefalo umano.
Riassumendo
si può dire che i risultati di questa ricerca indicano che la divisione
asimmetrica esiste in un cervello di vertebrato, ha un ruolo quantitativamente
minimo e, probabilmente, un valore diverso nel piano di sviluppo. Osserviamo
che sarebbe interessante vedere se esistono cellule progenitrici, come negli
insetti e nei vermi, che danno luogo a delle linee cellulari invarianti.
Questo
modello di studio ci sembra davvero promettente ed i risultati di questa
sperimentazione molto incoraggianti, per cui è facile prevedere che altre
ricerche seguiranno questa traccia e le sorprese certo non mancheranno.