Sopra: colore potenziato mostra i neuroni PVD del verme con ramificazioni normali dei dendriti. I rami assomigliano alle menorah (candelabri ebraici), da cui il nome MNR-1 del gene recentemente identificato, che orchestra il processo. Sotto: la mutazione del gene MNR-1 ha prodotto una ramificazione difettosa del dendrite PVD. (Credit: Courtesy of Cell e Yehuda Salzberg, Ph.D.)La nostra capacità di rilevare il calore, il tatto, il solletico e altre sensazioni dipende dai nervi sensoriali.
Ora, per la prima volta, i ricercatori dell'Albert Einstein College of Medicine della Yeshiva University hanno identificato un gene che orchestra la ramificazione delle fibre nervose, di cruciale importanza, che avviene durante lo sviluppo. I risultati sono stati pubblicati il 10 ottobre online sulla rivista Cell.
La ricerca si concentra sui dendriti, le estensioni simili a stringhe dei nervi sensoriali che penetrano i tessuti della pelle, degli occhi e degli altri organi sensoriali. "La formazione dei rami dendritici ("alberi" come li chiamiamo noi) è di vitale importanza per consentire ai nervi sensori di raccogliere le informazioni e campionare in modo appropriato l'ambiente", ha dichiarato Hannes Bülow, Ph.D., autore senior dello studio su Cell e professore associato di genetica all'Einstein. "Questi 'alberi' variano molto nella forma e nella complessità, riflettendo i diversi tipi di stimoli sensoriali che ricevono. La perdita di complessità dendritica è stata collegata ad una serie di problemi neurologici, tra cui l'Alzheimer, la schizofrenia e i disturbi dello spettro autistico". Il Dr. Bülow è anche professore associato al Dipartimento di Neuroscienze 'Dominick P. Purpura'.
Il Progetto Genoma Umano, completato nel 2003, ha rivelato che gli esseri umani possiedono circa 20.500 geni e ha determinato la sequenza del DNA di ciascuno di essi. Ma per molti di questi geni, rimane sconosciuta la funzione nel corpo. Il gene recentemente identificato rientra in questa categoria "funzione precedentemente sconosciuta". Infatti, il gene appartiene ad una intera classe che non si sa bene cosa facciano nell'organismo.
Un modo per capire cosa fanno i geni è studiare un modello di organismo come il nematoda, che possiede un numero di geni simile a quello degli umani, ma solo 956 cellule, di cui 302 sono nervose (neuroni). Rimuovendo o mutando i geni degli nematodi e osservando gli effetti, i ricercatori possono ottenere indizi su come i geni influenzano la struttura e la fisiologia dell'animale.
Gli scienziati dell'Einstein cercavano i geni che organizzano la struttura del sistema nervoso nel corso dello sviluppo. Si sono concentrati su una coppia di neuroni sensoriali dei nematodi, noti come neuroni PVD, che insieme producono la più grande rete di dendriti di qualsiasi neurone nel nematoda; una ragnatela sensoriale che copre quasi tutta la superficie cutanea del verme e rileva dolore e temperature estreme.
Sospettando che un gene agisca nella pelle per "istruire" i dendriti vicini a ramificarsi, i ricercatori hanno cercato di identificare il responsabile. Per trovarlo, hanno indotto mutazioni casuali nei vermi, individuato i vermi che mostrano difetti alla ramificazione dei dendriti del PVD, e quindi hanno identificato le mutazioni genetiche che hanno causato la ramificazione difettosa.
Questa lunga procedura, nota come 'screening genetico', è stata effettuata da Yehuda Salzberg, Ph.D., l'autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato nel laboratorio del Dott. Bülow. La selezione ha rivelato che quattro mutazioni nello stesso gene causano una ramificazione difettosa dei dendriti del PVD. I ricercatori hanno dimostrato che l'espressione di questo gene nella pelle produce una proteina extracellulare che induce la ramificazione normale dei dendriti del PVD durante lo sviluppo. I rami dendritici dei neuroni PVD erano stati precedentemente descritti come simili a menorah [i candelabri ebraici], così gli scienziati dell'Einstein hano chiamato questo gene mnr-1 e la sua proteina menorina, o MNR-1.
La funzione identificata di recente del gene mnr-1, che orchestra la ramificazione dendritica, non è presumibilmente limitata ai nematodi. Versioni di questo gene sono presenti negli animali pluricellulari, dal più semplice al più complesso, compresi gli esseri umani. I geni conservati in questo modo, attraverso milioni di anni di evoluzione, tendono ad essere i geni assolutamente necessari per mantenere la vita.
Ulteriori studi hanno rivelato che la menorina sintetizzata nella pelle é necessaria, ma non sufficiente, per iniziare la ramificazione dendritica delPVD. La proteina menorina sembra formare un complesso con la SAX-7/L1CAM, una proteina di adesione cellulare nota, presente sulla pelle e altrove nei nematodi. I ricercatori hanno trovato la prova che la ramificazione dendritica avviene quando questo complesso di due proteine viene rilevato dalla DMA-1, una molecola recettrice presente sui dendriti sensoriali in crescita.
"Si sapeva già abbastanza sui fattori all'interno dei neuroni sensoriali che regolano la ramificazione dei dendriti", ha detto il dottor Bülow. "Ma fino ad ora, non sapevamo quasi nulla degli stimoli esterni che modellano i dendriti sensoriali fondamentali per il funzionamento di uno qualsiasi dei nostri cinque sensi. Speriamo che il nostro successo, nel trovare due indizi derivati dalla pelle che orchestrano la ramificazione dei dendriti, possa aiutare ad individuare altri meccanismi coinvolti in altri organi sensoriali e possibilmente nel cervello. Trovare tali indizi, concettualmente, potrebbe portare a terapie per la sostituzione di 'alberi' dendritici rovinati da infortuni o malattie".
Fonte: Albert Einstein College of Medicine.
Riferimenti: Buelow et al. Skin-derived cues control arborization of sensory dendrites in Caenorhabditis elegans. Cell, October 2013
Pubblicato in einstein.yu.edu (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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