Microglia (verdi) in un mare di vari tipi di neuroni eccitatori (rossi e blu). Fonte: Jeffrey Stogsdill

Dalle azioni quotidiane come camminare e parlare, ai talenti di eccellenza atletica o scolastica, il cervello acquisisce costantemente informazioni per generare questi incredibili comportamenti.

Una delle domande fondamentali della neuroscienza rimane come si muovono, interagiscono e si coordinano tra loro le cellule nel cervello per produrre comportamenti. Il processo richiede un'intera orchestra di cellule che si ascoltano tra loro e sintonizzano le loro funzioni per armonizzarsi insieme.

Nel cervello, questa sinfonia cellulare include non solo i neuroni, ma anche le cellule che di norma sono preposte alla difesa dai patogeni. Queste includono minuscole cellule immunitarie chiamate microglia, delle quali i ricercatori stanno imparando sempre di più i ruoli enormi nelle funzioni, nella salute e nelle malattie del cervello.

Queste cellule stanno inoltre acquisendo una maggiore attenzione sul campo per i loro ruoli nell'assemblare e mantenere i circuiti neurali e per il modo in cui possono cambiare la loro identità molecolare per integrarsi nell'ambiente. Il mistero che i neuroscienziati cercano di risolvere da lungo tempo è come le microglia eseguono questo cambiamento.

In un nuovo rapporto su Nature, un team di ricercatori del laboratorio della prof.ssa Paola Arlotta all'Università di Harvard e dello Stanley Center for Psychiatric Research al Broad Institute del MIT e di Harvard, ha fatto un passo avanti per rispondere a questa domanda. L'articolo mostra che le microglia 'ascoltano' i neuroni vicini e cambiano il loro stato molecolare per corrispondere a loro.

"Quando sono state scoperte, si è assunto che le microglia fossero semplicemente degli spazzini, dediti a ripulire i detriti cellulari e a combattere i patogeni", afferma Jeffery Stogsdill, che ha guidato lo studio quando era un ricercatore post-dottorato nel laboratorio della Arlotta. "Ora sappiamo che le microglia possono interagire con i neuroni in modi così tanto sofisticati da riuscire a influenzare la funzione dei neuroni stessi".

Questo tipo di lavoro un giorno potrebbe aprire le porte a linee di ricerca che possono puntare con grande precisione le comunicazioni tra microglia e i loro neuroni partner. Quando queste comunicazioni tra le cellule vanno male, i cambiamenti possono portare a condizioni come l'autismo e la schizofrenia.

"Non dovresti più trattare, ad esempio, le microglia come tipo unico di cellula, quando cerchi di influenzare il cervello", continua Stogsdill. “Possiamo puntare stati molto specifici o possiamo puntare sottotipi di neuroni molto specifici con la capacità di cambiare stati specifici di microglia. Ci consente di avere una granularità di alto livello".

Lo studio fornisce informazioni uniche su come i diversi tipi di cellule lavorano insieme, in armonia.

"Quello che stiamo scoprendo qui sono le regole con cui si parlano e si influenzano i diversi tipi di cellule nel cervello, per essere in grado alla fine di fare più cose insieme", ha affermato l'autrice senior Arlotta, prof.ssa di cellule staminali e biologia rigenerativa all'Università di Harvard e membro del Broad Institute.

Nello studio, gli scienziati scrivono che i neuroni allenano le microglia a lavorare con loro quando si incontrano per la prima volta, all'inizio della vita del cervello. Il gruppo ha scoperto che durante la formazione della corteccia cerebrale - una parte del cervello responsabile delle funzioni motorie superiori, della percezione sensoriale e della cognizione - tipi diversi di neuroni influenzano il numero e lo stato molecolare delle microglia vicine nei loro modi unici.

"Questi tipi diversi di neuroni corticali reclutano numeri diversi di microglia", ha detto Stogsdill. "Quindi modellano quelle microglia per dire loro esattamente quale tipo devono essere".

La corteccia cerebrale è organizzata in strati con diversi tipi di neuroni che risiedono in ciascuno strato. I ricercatori hanno usato metodi di profilazione genetica per esaminare le microglia nei diversi strati e hanno scoperto che variavano in numero e stato molecolare a seconda dello strato in cui si trovavano.

Il team ha quindi cambiato la composizione dei tipi di neuroni in questi strati e ha scoperto che riuscivano a influenzare la distribuzione dei diversi stati microgliali. Le microglia si abbinavano ai tipi di neuroni nelle nuove posizioni, confermando che i neuroni le stavano influenzando.

Il team di ricerca ha quindi creato un atlante molecolare che delinea la comunicazione tra neuroni e microglia. Il team ha analizzato i dati di profilazione per trovare coppie di proteine ​​interagenti espresse dai diversi stati microgliali e dai loro neuroni partner. Un tale atlante molecolare potrebbe permettere ricerche future sui ruoli funzionali di queste interazioni e sui possibili obiettivi di interventi terapeutici.

C'è ancora lavoro da fare, ma i ricercatori sperano di arrivarci. Hanno in programma di iniziare spiegando esattamente quali sono le differenze e le distinzioni funzionali tra le microglia nei diversi strati della corteccia cerebrale.

"Sappiamo che le microglia possono influire sulla funzione dei circuiti neurali e ora sappiamo che i neuroni possono reclutare tipi specifici di microglia nel loro quartiere", ha detto la Arlotta. "È affascinante l'idea che i neuroni possano rimodellare il loro ambiente per aiutare a perfezionare la funzione del proprio circuito".