La scoperta dei ricercatori suggerisce la possibilità di progettare terapie farmaceutiche o genetiche per attivare la produzione di nuovi neuroni nel cervello vecchio o ferito.
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La maggior parte dei neuroni nel cervello umano dura una vita e per una buona ragione: nelle complesse relazioni strutturali tra le loro sinapsi sono conservate informazioni complesse a lungo termine. Perdere i neuroni equivale a perdere tali informazioni critiche, cioè dimenticare.
Curiosamente, alcuni nuovi neuroni sono comunque prodotti nel cervello adulto da una popolazione di cellule chiamate cellule staminali neurali. Con l'invecchiamento del cervello, tuttavia, riescono sempre meno a creare questi nuovi neuroni, una tendenza che può avere conseguenze neurologiche devastanti, non solo per la memoria, ma anche per le malattie cerebrali degenerative come l'Alzheimer e il Parkinson, e per il recupero da ictus e altre lesioni cerebrali.
Un nuovo studio eseguito all'Università di Stanford (San Francisco), pubblicato su Nature, getta una nuova luce su come e perché le cellule staminali neurali, le cellule dietro la generazione di nuovi neuroni nel cervello adulto, diventano meno attive con l'invecchiamento del cervello. La ricerca suggerisce anche alcuni passi intriganti per affrontare la passività delle cellule staminali neurali invecchiate, o anche per stimolare la neurogenesi, la produzione su nuovi neuroni, nel cervello più giovane che necessita di riparazione, puntando i percorsi appena identificati che potrebbero riattivare le cellule staminali.
Anne Brunet PhD, prof.ssa di genetica e il suo team hanno usato piattaforme CRISPR, strumenti molecolari che consentono agli scienziati di modificare con precisione il codice genetico delle cellule viventi, per condurre una ricerca nell'intero genoma dei geni che, quando eliminati, aumentano l'attivazione delle cellule staminali neurali nei campioni di coltura di topi anziani, ma non di quelli giovani.
"Abbiamo trovato per la prima volta 300 geni che avevano questa capacità, che sono molti", ha sottolineato la prof.ssa Brunet. Dopo aver ristretto i candidati a 10, "uno in particolare ha attirato la nostra attenzione. Era il gene per il trasportatore di glucosio noto come proteina GLUT4, il che suggerisce che elevati livelli di glucosio all'interno e intorno alle cellule staminali neurali vecchie possono mantenere inattive quelle cellule".
Cervelli dinamici
"Ci sono parti del cervello, come l'ippocampo e il bulbo olfattivo, dove molti neuroni hanno una vita più breve, dove scadono regolarmente e possono essere sostituiti da nuovi", ha affermato Tyson Ruetz PhD, ex post-dottorato nel laboratorio della Brunet e primo autore dello studio. "In queste parti più dinamiche del cervello, almeno nel cervello giovane e sano, nascono costantemente nuovi neuroni e quelli più transitori sono sostituiti dai nuovi".
Ruetz, ora consulente scientifico e cofondatore di ReneuBio, ha sviluppato un modo per testare i percorsi genetici appena identificati in vivo, "dove contano davvero i risultati", ha detto la Brunet. Ruetz ha sfruttato la distanza tra la parte del cervello in cui sono attivate le cellule staminali neurali (la zona subventricolare) e il luogo in cui le nuove cellule proliferano e migrano verso il bulbo olfattivo, che è a molti millimetri di distanza in un cervello di topo.
Eliminando in quest'ultimo i geni del trasportatore di glucosio, e aspettando diverse settimane, quindi contando il numero di nuovi neuroni nel bulbo olfattivo, il team ha dimostrato che eliminare il gene aveva realmente un effetto attivante e proliferativo sulle cellule staminali neurali, portando a un aumento significativo della produzione di nuovi neuroni nei topi viventi. Nell'intervento migliore, hanno osservato un aumento più che doppio di neuroni neonati nei topi anziani.
"Questo ci permette di osservare tre funzioni chiave delle cellule staminali neurali", ha detto Ruetz. “Primo, possiamo dire che stanno proliferando. Secondo, possiamo vedere che stanno migrando verso il bulbo olfattivo, dove dovrebbero essere. E terzo, possiamo vedere che stanno formando nuovi neuroni in quel sito.
"La stessa tecnica potrebbe anche essere applicata agli studi sul danno cerebrale. Anche le cellule staminali neurali nella zona subventricolare sono in grado di riparare il danno del tessuto cerebrale da ictus o lesioni cerebrali traumatiche".
"Una scoperta piena di speranza"
La connessione del trasportatore di glucosio "è una scoperta piena di speranza", ha detto la Brunet. Primo, suggerisce non solo la possibilità di progettare terapie farmaceutiche o genetiche per attivare la crescita di neuroni nuovi nel cervello vecchio o ferito, ma anche la possibilità di sviluppare interventi comportamentali più semplici, come una dieta a basso contenuto di carboidrati che potrebbe regolare la quantità di glucosio assunto da cellule staminali neurali vecchie.
I ricercatori hanno trovato altri percorsi stimolanti degni di altri studi. I geni relativi alle ciglia primarie, parti di alcune cellule cerebrali che hanno un ruolo fondamentale nel rilevamento e nell'elaborazione di segnali, come i fattori di crescita e i neurotrasmettitori, sono associati anche all'attivazione delle cellule staminali neurali. Questa scoperta ha rassicurato il team sull'efficacia della loro metodologia, in parte perché lavori precedenti non correlati avevano già scoperto associazioni tra l'organizzazione delle ciglia e la funzione delle cellule staminali neurali.
È entusiasmante anche perché l'associazione con i nuovi protagonisti della trasmissione del glucosio potrebbe puntare a percorsi terapeutici alternativi che potrebbero impegnare entrambi i percorsi, ha detto la Brunet:
"Potrebbe esserci una interessante intercomunicazione tra le ciglia primarie e la loro capacità di influenzare la quiescenza, il metabolismo e la funzione delle cellule staminali, e ciò che abbiamo trovato in termini di metabolismo del glucosio. Il passo successivo è guardare più da vicino cosa fa la restrizione al glucosio negli animali viventi, invece di eliminare i geni per il trasporto del glucosio".
Fonte: Gordy Slack in Stanford University (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: TJ Ruetz, [+12], A Brunet. CRISPR–Cas9 screens reveal regulators of ageing in neural stem cells. Nature, 2024, DOI
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