Ricerche

Ricercatori della Duke University hanno trovato un nuovo tipo di neurone nel cervello adulto che è in grado di dire alle cellule staminali di produrre nuovi neuroni.

Anche se gli esperimenti sono nella fase iniziale, la scoperta apre la possibilità allettante che il cervello sia in grado di riparare se stesso dall'interno.

I neuroscienziati sospettano da tempo che il cervello ha una certa capacità di dirigere la produzione di nuovi neuroni, ma è difficile determinare da dove provengono queste istruzioni, spiega Chay Kuo, MD PhD, assistente professore di biologia cellulare, neurobiologia e pediatria.

In uno studio sui topi, il suo team ha trovato una popolazione finora sconosciuta di neuroni all'interno della nicchia neurogena nella zona subventricolare (SVZ) del cervello adulto, adiacente al corpo striato. Questi neuroni esprimono l'enzima colina acetiltransferasi (ChAT), che è necessaria per produrre il neurotrasmettitore acetilcolina.

Con gli strumenti optogenetici, che hanno permesso al gruppo di sintonizzare su e giù la frequenza di emissione di tali neuroni ChAT+ con la luce laser, è stato possibile vedere delle chiare variazioni nella proliferazione delle cellule staminali neurali nel cervello. I risultati sono stati pubblicati online il 1 giugno dalla rivista Nature Neuroscience.

La popolazione neuronale ChAT+ matura è solo una parte di un circuito neurale non ancora descritto che apparentemente parla alle cellule staminali e dice loro di aumentare la produzione di nuovi neuroni, secondo Kuo. I ricercatori non conoscono ancora tutte le parti del circuito, né il codice che sta usando, ma, controllando i segnali dei neuroni ChAT+, Kuo ed i suoi colleghi della Duke hanno stabilito che questi neuroni sono necessari e sufficienti per controllare la produzione di nuovi neuroni dalla nicchia SVZ.

"Abbiamo lavorato per determinare come è sostenuta la neurogenesi nel cervello adulto. È del tutto inaspettato ed emozionante scoprire questa porta nascosta, un circuito neurale che può istruire direttamente le cellule staminali a produrre più neuroni immaturi", ha detto Kuo, che è anche assistente professore «George W. Brumley, Jr. MD» di biologia dello sviluppo e membro dell'Institute for Brain Sciences della Duke. "E' stata una affascinante caccia al tesoro, che sembrava essere giunta ad un punto morto in diverse occasioni!"

Kuo ha detto che questo progetto è stato avviato più di cinque anni fa, quando l'autore Patricia Paez-Gonzalez, un borsista postdottorato, si è imbattuta in processi neuronali che contattavano le cellule staminali neurali mentre studiava come è assemblata la nicchia SVZ.

I giovani neuroni prodotti da questi segnali erano destinati al bulbo olfattivo dei roditori, poichè il topo ha una grande parte del suo cervello dedicata all'elaborazione dell'olfatto e ha bisogno di questi nuovi neuroni per sostenere l'apprendimento. Ma negli esseri umani, che hanno un bulbo olfattivo molto meno importante, secondo Kuo, è possibile che nuovi neuroni siano prodotti per altre regioni del cervello. Una di tali regioni può essere lo striato, che media i controlli motori e cognitivi tra la corteccia e il complesso dei gangli basali.

"Il cervello cede le proprietà migliori intorno ai ventricoli laterali per la nicchia SVZ che accoglie queste cellule staminali", ha detto Kuo. "È una specie di fabbrica che prende ordini?". Il borsista postdottorato Brent Asrican ha fatto l'osservazione fondamentale che gli ordini dai nuovi neuroni ChAT+ venivano sentiti chiaramente dalle cellule staminali nella SVZ.

Gli studi sulle lesioni da ictus nei roditori hanno notato che le cellule della SVZ apparentemente migrano nello striato vicino. E proprio il mese scorso sulla rivista Cell, un team svedese ha osservato per la prima volta dei neuroni di controllo appena prodotti (chiamati interneuroni) nello striato umano. Hanno riferito che, in modo interessante nei pazienti con Huntington, questa zona sembra mancare degli interneuroni neonati.

"Questa è una popolazione cellulare molto importante e rilevante che controlla le cellule staminali", ha detto Sally Temple, direttrice del Neural Stem Cell Institute del Rensselaer (N.Y.), che non era coinvolta in questa ricerca. "E' davvero interessante vedere come le innervazioni entrano ora in gioco nella zona subventricolare". Il team di Kuo ha trovato questo sistema seguendo la segnalazione colinergica, ma altri gruppi stanno arrivando alla stessa nicchia seguendo i segnali dopaminergici e serotoninergici, ha detto la Temple. "E' una zona molto calda, perché è una bella nicchia di cellule staminali da studiare. È questa splendida nicchia dove è possibile osservare le interazioni da cellula a cellula".

Questi percorsi emergenti in mano ai ricercatori di Kuo, danno loro la speranza di riuscire alla fine a trovare il modo per "coinvolgere alcuni circuiti del cervello e portare ad un aggiornamento hardware. Non sarebbe bello se si potesse aggiornare l'hardware del cervello per stare al passo con il nuovo software?". Egli ha detto che forse ci sarà un modo per combinare la terapia comportamentale con i trattamenti con le cellule staminali dopo una lesione cerebrale per ricostruire alcuni dei danni.

Le questioni da affrontare sono sia a monte dei nuovi neuroni ChAT+, sia a valle, dice Kuo. A monte, quali sono i segnali del cervello che dicono ai neuroni ChAT+ di cominciare a chiedere altri neuroni giovani alle cellule staminali? A valle, qual è la logica che regola la risposta delle cellule staminali alle diverse frequenze dell'attività elettrica dei ChAT+? C'è anche il grande problema di essere in qualche modo capaci di introdurre nuovi componenti in un circuito neuronale esistente, una pratica alla quale parti del cervello potrebbero di norma resistere. "Penso che alcuni circuiti neurali diano il benvenuto ai nuovi soci, e alcuni no", ha detto Kuo.

Ha collaborato, oltre a Paez-Gonzalez, Asrican, e Kuo, anche Erica Rodriguez, studente laureato nel programma di formazione in neurobiologia. Questa ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health, dalla David e Lucile Packard Foundation, e dal George Brumley Jr. Endowment.

Fonte:  Duke University  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Patricia Paez-Gonzalez, Brent Asrican, Erica Rodriguez, Chay T Kuo. Identification of distinct ChAT neurons and activity-dependent control of postnatal SVZ neurogenesis. Nature Neuroscience, 2014; DOI: 10.1038/nn.3734

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