Ricerche

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I ricercatori del Baylor College of Medicine di Houston nel Texas hanno svelato i processi che danno agli astrociti, la cellula gliale più abbondante del cervello, la loro speciale forma a cespuglio, che è fondamentale per la funzione cerebrale. Riferiscono su Nature che l'attività neuronale è necessaria e sufficiente affinché gli astrociti sviluppino la loro forma complessa, e che l'interruzione di questo processo di sviluppo produce la rottura della funzione cerebrale.

"Gli astrociti hanno diversi ruoli fondamentali per la corretta funzione cerebrale", ha dichiarato la prima autrice Yi-Ting Cheng, dottoranda del laboratorio del dott. Benjamin Deneen al Baylor. “Ad esempio, supportano l'attività di altre cellule cerebrali essenziali (i neuroni), partecipano alla formazione e alla funzione delle sinapsi (le connessioni da neurone a neurone), rilasciano neurotrasmettitori (sostanze chimiche che mediano la comunicazione neuronale) e formano la barriera emato-encefalica".

Nel cervello adulto, la forma a cespuglio degli astrociti è fondamentalmente legata a una funzione cerebrale efficace. Le estremità ramificate della struttura degli astrociti interagiscono con i neuroni e regolano l'attività sinaptica.

"Se gli astrociti perdono la struttura, le sinapsi non si comportano correttamente e la funzione cerebrale si deteriora", ha dichiarato Deneen, professore e presidente del Dipartimento di Neurochirurgia, direttore del Center for Cancer Neuroscience al Baylor e autore senior di questo studio. “Capire come gli astrociti acquisiscono la loro struttura complessa a cespuglio è essenziale per capire come si sviluppa e funziona il cervello e può fornire nuove informazioni su come emergono le condizioni del neurosviluppo. In questo studio, abbiamo studiato le cellule e i processi che dirigono lo sviluppo della struttura degli astrociti".

I neuroni aprono la strada

Quando si sviluppano gli astrociti, i neuroni sono già presenti e attivi, quindi i neuroni influenzano il modo in cui gli astrociti acquisiscono la loro forma complessa?

"Abbiamo attivato o silenziato artificialmente i neuroni e determinato se questo accelera o rallenta la maturazione degli astrociti", ha detto la Cheng. "Abbiamo scoperto che l'attività neuronale è sia necessaria che sufficiente per guidare la maturazione completa degli astrociti in cellula a forma di cespuglio".

Quindi, in che modo gli astrociti ricevono i segnali che li indirizzano al percorso di maturazione corretto? Attraverso diversi approcci sperimentali, il team ha scoperto che i neuroni producono un neurotrasmettitore chiamato GABA che si lega agli astrociti attraverso una molecola sulla loro superficie chiamata recettore GABAB:

“Abbiamo eliminato il recettore GABAB negli astrociti e attivato i neuroni. In questa situazione, i neuroni non hanno promosso lo sviluppo della forma tipica degli astrociti, confermando l'ipotesi che i neuroni comunicano con gli astrociti attraverso il recettore GABAB per promuovere la loro maturazione".

"Questa scoperta è sia sorprendente che molto interessante", ha detto Deneen. "I neurotrasmettitori come GABA sono noti per segnalare tra i neuroni alle sinapsi, ma abbiamo scoperto che i neurotrasmettitori segnalano anche agli astrociti, influenzando il loro sviluppo con l'innesco di cambiamenti nella loro struttura".

Altri esperimenti hanno rivelato più pezzi del puzzle del modo in cui i neuroni portano gli astrociti a sviluppare la loro forma a cespuglio.

“I neuroni producono GABA, che si lega agli astrociti attraverso il recettore GABAB. A sua volta, questo attiva una serie di eventi, tra cui l'innesco dell'espressione di un altro recettore chiamato Ednrb, che guida percorsi che rimodellano l'architettura cellulare all'interno delle cellule associata alla forma della cellula", ha detto Cheng.

I ricercatori hanno anche studiato un altro mistero legato allo sviluppo degli astrociti. Hanno scoperto che la regolazione dell'espressione del recettore GABAB negli astrociti non avviene allo stesso modo in diverse regioni cerebrali.

"Questa scoperta è stata del tutto inaspettata", ha detto Deneen. “Il recettore GABAB è sempre richiesto affinché gli astrociti sviluppino la loro forma a cespuglio in tutte le regioni cerebrali. Come è regolato in modo diverso in aree diverse del cervello?"

Attraverso analisi bioinformatiche i ricercatori hanno scoperto che questa regolazione regionale è conferita da due proteine, LHX2 nella corteccia cerebrale e NPAS3 nel bulbo olfattivo, attraverso le loro interazioni specifiche della regione con le proteine SOX9 e NFIA, che sono presenti in tutti gli astrociti in cui regolano l'espressione del recettore GABAB. Nella corteccia, LHX2 si lega solo all'NFIA, mentre nel bulbo olfattivo NPS3 si lega solo a SOX9, consentendo a ciascuno di regolare l'espressione del recettore GABAB in una regione cerebrale specifica.

Nel complesso, i risultati suggeriscono che lo sviluppo e la funzione degli astrociti coinvolgono un modello complesso di eventi e proteine innescati dall'attività dei neuroni e che funzionano in modo specifico per area del cervello.