Ricerche

Una nuova ricerca sul cervello dei topi ha scoperto un’architettura finemente stratificata all’interno dell’ippocampo, simile a quella osservata nel cervello umano, dandoci un modello per comprendere la memoria e le malattie.

I colori rappresentano diversi geni, e rivelano un'architettura a strati nascosta nella regione CA1 dell'ippocampo. (Fonte: USC Stevens Institute)

I ricercatori della University of Southern California di Los Angeles hanno identificato un modello di organizzazione finora sconosciuto in una delle aree più importanti per l’apprendimento e la memoria del cervello. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, rivela che la regione CA1 dell’ippocampo di topo, una struttura vitale per la formazione della memoria, la navigazione spaziale e le emozioni, ha quattro strati distinti di tipi specializzati di cellule.

Questa scoperta cambia la nostra comprensione del modo in cui sono elaborate le informazioni nel cervello e potrebbe spiegare perché alcune cellule sono più vulnerabili a malattie come il morbo di Alzheimer (MA) e l’epilessia. Michael S. Bienkowski PhD, autore senior dello studio e assistente professore di fisiologia e neuroscienza e di ingegneria biomedica, ha affermato:

"I ricercatori sospettavano da tempo che parti diverse della regione CA1 dell'ippocampo gestissero aspetti diversi dell'apprendimento e della memoria, ma non era chiaro come fossero disposte le cellule sottostanti. Il nostro studio mostra che i neuroni CA1 sono organizzati in quattro bande sottili e continue, ciascuna rappresenta un diverso tipo di neurone definito da una firma molecolare unica. Questi strati non sono fissi sul posto, ma si spostano leggermente e cambiano di spessore lungo la lunghezza dell'ippocampo.

"Questo modello di cambiamento significa che ciascuna parte di CA1 contiene il proprio mix di tipi di neuroni, il che aiuta a spiegare perché regioni diverse supportano comportamenti diversi. Ciò potrebbe anche chiarire perché alcuni neuroni CA1 sono più vulnerabili in condizioni come il MA e l’epilessia: se una malattia punta il tipo di cellula di uno strato, gli effetti varieranno a seconda di dove quello strato è più prominente”.

Con un potente metodo di etichettatura dell'RNA chiamato 'RNAscope' con scansioni al microscopio ad alta risoluzione, il team ha ottenuto istantanee chiare dell'espressione genica di singole molecole per identificare i tipi di cellule CA1 all'interno del tessuto cerebrale del topo. All’interno di 58.065 cellule piramidali CA1, hanno visualizzato più di 330.000 molecole di RNA, i messaggi genetici che mostrano quando e dove si attivano i geni. Tracciando questi modelli di attività, i ricercatori hanno creato una mappa dettagliata che mostra i confini tra i diversi tipi di cellule nervose nella regione CA1 dell’ippocampo.

I risultati hanno mostrato che la regione CA1 è costituita da quattro strati continui di cellule nervose, ciascuno contrassegnato da un insieme distinto di geni attivi. In 3D, questi strati formano fogli che variano leggermente in spessore e struttura lungo la lunghezza dell'ippocampo. Questo modello chiaro e stratificato aiuta a dare un senso agli studi precedenti che vedevano la regione come un mix più graduale o un mosaico di tipi di cellule.

"Quando abbiamo visualizzato i modelli di RNA genetico alla risoluzione di singola cellula, abbiamo potuto vedere strisce chiare, come strati geologici nella roccia, ciascuno dei quali rappresentava un tipo di neurone distinto", ha affermato Maricarmen Pachicano, ricercatrice di dottorato e prima coautrice dello studio. "È come sollevare un velo sull'architettura interna del cervello. Questi strati nascosti possono spiegare le differenze nel modo in cui i circuiti dell'ippocampo supportano l'apprendimento e la memoria".

L’ippocampo è tra le prime regioni colpite dal MA ed è anche implicato nell’epilessia, nella depressione e in altre condizioni neurologiche. Rivelando la struttura a strati della CA1, lo studio fornisce una tabella di marcia per indagare quali tipi specifici di neuroni sono più vulnerabili in questi disturbi. Il nuovo atlante dei tipi cellulari CA1, costruito utilizzando i dati dell’Hippocampus Gene Expression Atlas, è liberamente disponibile per la comunità di ricerca globale. Il set di dati include visualizzazioni 3D interattive accessibili tramite l’app di realtà aumentata Schol-AR, che consente agli scienziati di esplorare gli strati dell’ippocampo con dettagli senza precedenti.

Poiché questo modello a strati nei topi assomiglia a quello osservato nel cervello dei primati e degli esseri umani, compreso il modo in cui la regione CA1 cambia di spessore, i ricercatori ritengono che potrebbe essere una caratteristica comune a molti cervelli di mammiferi. Sebbene siano necessari ulteriori studi per confermare questa organizzazione negli esseri umani, la scoperta fornisce una base promettente per la futura ricerca comparativa e traslazionale su come l’architettura dell’ippocampo supporta la memoria e la cognizione.

“Capire come questi strati si collegano al comportamento è la prossima frontiera”, ha detto Bienkowski. “Ora disponiamo di un quadro per studiare come specifici strati neuronali contribuiscono a funzioni così diverse come la memoria, la navigazione e le emozioni, e come la loro interruzione può portare alla malattia”.