L’INVERSIONE FUNZIONALE AVVIA LA NEUROGENESI NELLO SVILUPPO

 

 

I processi che portano alla neurogenesi durante lo sviluppo embrionario presentano ancora molti aspetti oscuri e i problemi posti dalle acquisizioni degli anni recenti sono numerosi, ma forse la caratteristica più affascinante e misteriosa dell’abbozzo nervoso dell’embrione, è l’inversione di regole che governano la fisiologia dell’adulto. Durante le prime fasi della formazione del sistema nervoso, infatti, alcune leggi della neurofisiologia molecolare non sono rispettate; ad esempio, la principale forma di neurotrasmissione eccitatoria, ossia quella mediata dal glutammato, è pressoché assente e i due trasmettitori inibitori, GABA e glicina, hanno azione eccitatoria.

Numerose evidenze sperimentali hanno consentito di far risalire l’eccitazione prodotta dagli inibitori, ad una ritardata espressione di una proteina trasportatrice che porta gli ioni Cl- fuori della cellula, KCC2 (K-Cl- co-transporter 2); il gradiente di Cl- che si determina in tal modo, sembra avere un ruolo cruciale nello sviluppo. Per indagare questo ruolo, Drapeau e colleghi del Dipartimento di Patologia e Biologia Cellulare e del Gruppo di Ricerca sul Sistema Nervoso Centrale dell’Università di Montreal, hanno iper-espresso la proteina KCC2 umana in Danio rerio, valutandone gli effetti (Reynolds A., et al. Neurogenic role of the depolarizing chloride gradient revealed by global overexpression of KCC2 from the onset of development. J. Neurosci. 28, 1588-1597, 2008).

Durante le fasi precoci dello sviluppo, l’apertura dei canali di Cl- mediata dal GABA o dalla glicina determina depolarizzazione della membrana (invece dell’iperpolarizzazione inibitoria) per la fuoriuscita di ioni cloro dalla cellula, pertanto si è ipotizzato che questo processo possa essere all’origine dell’importante ruolo che svolgono questi due trasmettitori nell’embriogenesi. Reynolds e gli altri collaboratori di Drapeau, per verificare questa interpretazione, hanno iper-espresso KCC2 fin dalle prime fasi dello sviluppo del pesce zebra, così da stabilire ai due lati della membrana plasmatica dei progenitori neurali, un gradiente di cloro invertito. Sono stati poi studiati gli embrioni fra la 26-esima e la 32-esima ora dopo la fecondazione, prima che si avesse l’espressione fisiologica di KCC2.

I ricercatori hanno accertato notevoli sconvolgimenti nella costituzione morfologica del sistema, con l’assenza di tratti assonici fra i principali dell’encefalo e del midollo spinale, e conseguenti gravi danni funzionali che, dopo lo sviluppo, si sono resi evidenti come marcate alterazioni nel nuoto.

Esaminando l’espressione dei markers delle nuove cellule differenziate in neuroni, i ricercatori sono riusciti a stabilire che i difetti nella crescita degli assoni erano dovuti ad anomalie nella neurogenesi. Complessivamente, questi organismi presentavano un numero minore di neuroni, con una marcata riduzione dei neuroni motori e degli interneuroni. Sono stati, dunque, allestiti esperimenti per accertare se la diminuzione di cellule nervose fosse da attribuirsi ad alterazioni della proliferazione o della differenziazione, oppure se fosse causata da morte cellulare.

La colorazione con arancio di acridina indicava livelli normali di apoptosi; l’impiego di due markers mitotici sembrava confermare condizioni normali anche per la proliferazione. Nella popolazione gliale, curiosamente, non si osservavano cambiamenti di rilievo, indicando che i progenitori non avevano cambiato destino differenziativo per l’alterazione dello sviluppo.

Tutto ciò osservato e considerato, non resta che dedurre che l’iper-espressione di KCC2 nelle fasi iniziali dello sviluppo, abbia determinato l’arresto in un qualche punto del processo di differenziazione in cellule nervose mature.

Questo studio fornisce un sostegno all’ipotesi dell’importanza nello sviluppo del gradiente di cloro determinato dal ritardo di espressione della proteina trasportatrice, e suggerisce che la depolarizzazione mediata dal cloro abbia un ruolo nel regolare l’uscita dei progenitori dal ciclo cellulare, così avviando la successione di eventi che porta alla finale differenziazione in cellule nervose mature.

Naturalmente sarà necessario attendere la verifica di questi risultati, magari anche mediante esperimenti condotti in altre specie animali, prima di attribuire a questa inversione della risposta elettrochimica un ruolo cruciale nell’avvio della differenziazione neurale nell’embrione.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.

 

Nicole Cardon

BM&L-Maggio 2008

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