COME TERMINA IL VIAGGIO
DEGLI INTERNEURONI
Nello sviluppo della corteccia cerebrale un processo di fondamentale importanza è dato dalla migrazione delle cellule che daranno luogo agli interneuroni maturi, dalle aree neurogenetiche alle sedi anatomiche definitive[1]. La comprensione dei fattori e dei meccanismi che guidano e regolano questo viaggio differenziativo è notevolmente migliorata negli anni recenti, ma sui processi che determinano il compimento dell’iter si sa ancora poco, e le ipotesi in campo sono al vaglio sperimentale di molti gruppi di ricerca. Bortone e Polleux, con un lavoro condotto in modo esemplare, sembra siano riusciti ad individuare un meccanismo che determina la fine del percorso, dimostrando un’ipotesi non ancora suffragata da prove certe (Bortone D. & Polleux F. KCC2 expression promotes the termination of cortical interneuron migration in a voltage-sensitive calcium-dependent manner. Neuron 62, 53-71, 2009).
In sintesi, i due ricercatori del Neurobiology Curriculum, Neuroscience Center, Department of Pharmacology, University of North Carolina, hanno accertato che i cambiamenti della risposta degli interneuroni al GABA (acido γ-aminobutirrico) extracellulare, per effetto dell’upregulation di KCC2 (K+-Cl- co-transporter 2)[2], determinano l’arresto degli interneuroni migranti in corso di sviluppo.
Il viaggio delle cellule che originano dalle eminenze gangliari mediale e caudale (MGE e CGE) e raggiungono la placca corticale differenziandosi come interneuroni, è caratterizzato da pause intermittenti. I ricercatori hanno accertato che la frequenza e la durata di queste pause si accresce nella prima settimana post-natale, al termine della quale il processo di migrazione è completo. Esperimenti nei quali espianti di MGE di topo a vari stadi di maturazione sono stati coltivati su un substrato di neuroni piramidali dissociati, hanno suggerito che gli interneuroni durante la maturazione presentano delle variazioni intrinseche, in grado di aumentare la loro capacità di rispondere a segnali di “stop” extracellulari.
E’ noto che gli interneuroni esprimono recettori GABA-A, per questo si è ritenuto plausibile che un “segnale di arresto” potesse essere costituito dallo stesso GABA. Verificando tale ipotesi, Bortone e Polleux hanno aggiunto GABA alle colture riscontrando un aumento della frequenza media e della durata delle pause. Quando l’entità della pausa indotta dal GABA variava fra gli interneuroni migranti, era possibile correlare la risposta individuale delle cellule con l’espressione di fattori intrinseci in rapporto con la reazione al GABA.
Sulla base delle evidenze emerse in precedenti studi, i due ricercatori della University of North Carolina hanno ipotizzato che la risposta al GABA fosse influenzata dal gradiente di Cl- della membrana, che è determinato dall’espressione di KCC2 e stabilisce se una cellula sarà depolarizzata o iperpolarizzata - rispettivamente per un basso o un alto livello della proteina - in risposta all’azione del GABA sui suoi recettori (Note e Notizie 03-05-08 L’inversione funzionale avvia la neurogenesi nello sviluppo).
La sperimentazione in vivo ha mostrato che l’espressione di KCC2 è progressivamente accresciuta vari giorni dopo che gli interneuroni hanno raggiunto la corteccia, in coincidenza con il termine della loro migrazione. Lo studio nei sistemi colturali ha consentito di stabilire che solo gli interneuroni con alti livelli di espressione di KCC2 cessavano di migrare per effetto dell’azione del GABA sui recettori GABA-A.
Un successivo esperimento ha dimostrato che nelle cellule con un basso grado di espressione di KCC2, il blocco dell’azione mediata dai GABA-A accresceva le pause, confermando che l’attivazione di questi recettori stimola la migrazione nella fase in cui il trasportatore è scarsamente espresso.
E’ stato poi verificato l’effetto dell’iperespressione e dell’eliminazione di KCC2 in espianti di MGE esposti al GABA: nel primo caso il numero di cellule che arrestava la propria migrazione era notevolmente accresciuto, nel secondo caso accadeva l’opposto.
Riassumendo: la depolarizzazione mediata da GABA-A stimola la migrazione dei neuroblasti evolventi in interneuroni maturi che hanno un basso grado di espressione di KCC2, mentre arresta le cellule che, dopo un tempo corrispondente al percorso anatomo-funzionale stabilito dal programma di sviluppo, esprimono alti livelli di KCC2.
Un’altra conferma a questa nozione viene da un esperimento di iperpolarizzazione forzata indotta mediante l’iper-espressione di un canale del potassio (inward-rectifying K+ channel), che ha prodotto risultati coerenti con i precedenti replicando gli effetti degli alti livelli di KCC2.
A questo punto Bortone e Polleux si sono chiesti in che modo depolarizzazione ed iperpolarizazione influenzano la migrazione.
La riduzione di KCC2 (knocking down) aumentava la frequenza dei transiti di Ca2+ negli interneuroni in coltura, mentre l’iperespressione di KCC2 riduceva la loro frequenza. Quando gli autori hanno chelato il calcio intracellulare, gli interneuroni hanno smesso di migrare, confermando che i transiti di calcio intracellulari sono richiesti per la migrazione.
Le ulteriori indagini hanno rivelato che la depolarizzazione mediata da GABA-A innesca l’entrata del calcio mediante i canali Ca2+ tipo L.
Identificato il meccanismo mediato dal calcio, i ricercatori si sono chiesti se altri tipi di segnale in grado di indurre depolarizzazione fossero in grado di influenzare la migrazione e il suo arresto.
A questo scopo hanno verificato gli effetti del blocco dei recettori ionotropici del glutammato nelle cellule migranti: bloccando i recettori che mediano l’azione eccitatoria dell’aminoacido bicarbossilico, aumentava la percentuale delle cellule migranti che si arrestavano durante la migrazione per effetto del GABA. Questo esito indica che sia la depolarizzazione mediata dal GABA, sia quella mediata dal glutammato stimolano la migrazione nelle fasi precoci dello sviluppo.
Dalla sperimentazione condotta da Bortone e Polleux si può desumere che, una volta che il GABA sia divenuto iperpolarizzante, gli interneuroni migranti integrano i livelli ambientali di glutammato e GABA per determinare quando arrestarsi.
Il grado di certezza dei risultati ottenuti in questo lavoro, incoraggia l’avvio degli studi che consentiranno di compiere il passo successivo: comprendere i fattori che regolano l’espressione di KCC2 per conoscere il controllo temporale di questo processo.
L’autrice
della nota ringrazia Giuseppe Perrella, presidente della Società Nazionale di
Neuroscienze BM&L-Italia, con il quale ha discusso il lavoro recensito, e
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] Si veda: Note e
Notizie 15-09-03 Come gli interneuroni corticali trovano la propria sede.
Questa nota costituisce un’introduzione ancora attuale all’argomento.
[2] Indicato anche con la sigla
SLC12A5. Durante le prime fasi della formazione del sistema nervoso, 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, appunto KCC2 (K-Cl-
co-transporter 2); il gradiente di Cl- che si determina
per questa ragione sembra avere un ruolo cruciale nello sviluppo (si veda Note e Notizie 03-05-08 L’inversione funzionale avvia
la neurogenesi nello sviluppo).