Esempi di reti geniche dell'ippocampo colpite dal trauma cerebrale. I ricercatori dell'UCLA riferiscono che i geni "regolatori master" (in rosso) influenzano molti altri geni responsabili degli effetti del trauma cerebrale. (Fonte: Qingying Meng/UCLA)

Le lesioni alla testa possono danneggiare centinaia di geni nel cervello in un modo che aumenta il rischio per una vasta gamma di disturbi neurologici e psichiatrici, secondo scienziati della University of California di Los Angeles.

I ricercatori hanno identificato per al prima volta dei «geni master» che secondo loro controllano centinaia di altri geni collegati all'Alzheimer, al Parkinson, al disturbo da stress post-traumatico, all'ictus, al disturbo da deficit di attenzione, all'autismo, alla depressione, alla schizofrenia e ad altri disturbi.

Conoscere quali sono questi «geni master» potrebbe dare agli scienziati gli obiettivi per nuovi farmaci che trattano le patologie del cervello. Alla fine, gli scienziati potrebbero anche essere in grado di capire come ri-modificare i geni danneggiati, per ridurre il rischio di malattie, e la scoperta potrebbe aiutare i ricercatori a identificare composti chimici e cibi che combattono le malattie, riparando quei geni.

"Riteniamo che questi «geni master» siano responsabili dell'innesco da parte delle lesioni cerebrali traumatiche di cambiamenti negativi in molti altri geni", ha detto Xia Yang, co-autrice senior dello studio e professoressa associata di biologia integrativa e di fisiologia all'UCLA. I geni hanno il potenziale di diventare uno dei diversi tipi di proteine, e il trauma cranico può danneggiare i «geni master», provocando danni in altri geni.

Questo processo può avvenire in alcuni modi, ha detto la Yang, che fa anche parte dell'Institute for Quantitative and Computational Biosciences dell'UCLA. Uno è che la lesione può alla fine portare i geni a produrre proteine con forme irregolari. Un altro è il cambio del numero di copie di un gene espresso in ogni cellula. In entrambi i casi il cambiamento può impedire a un gene di funzionare correttamente. Se un gene si trasforma nella forma sbagliata di proteine, potrebbe, per esempio, portare all'Alzheimer.

"Sappiamo molto poco su come le persone con traumi cerebrali - tipo giocatori di football e soldati - sviluppano disturbi neurologici più avanti nella vita", ha detto Fernando Gomez-Pinilla, professore di neurochirurgia e di biologia integrativa e fisiologia dell'UCLA, e co-autore senior del nuovo studio. "Speriamo di imparare molto di più sul modo in cui questo avviene".

Per la ricerca, presente su EBioMedicine, i ricercatori hanno addestrato 20 ratti a uscire da un labirinto. In 10 di loro hanno quindi immesso un fluido che produrre una lesione simile alla commozione cerebrale; gli altri 10 non hanno ricevuto lesioni cerebrali. Quando i ratti sono stati collocati di nuovo nel labirinto, quelli con le lesioni ci mettevano circa il 25 per cento in più ad uscire di quelli non danneggiati.

Per capire com'erano cambiati i geni dei ratti (in risposta alla lesione cerebrale) i ricercatori hanno analizzato i geni di cinque animali di ciascun gruppo. In particolare, hanno preso RNA dall'ippocampo, che è la parte del cervello che aiuta a regolare l'apprendimento e la memoria, e dai leucociti, i globuli bianchi che hanno un ruolo chiave nel sistema immunitario.

Nei ratti che avevano subito lesioni cerebrali, c'era un nucleo di 268 geni nell'ippocampo che i ricercatori hanno trovato alterati, e un nucleo di 1.215 geni nei leucociti che hanno trovato modificati. "La sorpresa è stata il numero di grandi cambiamenti avvenuti nei geni delle cellule del sangue", ha detto la Yang. "I cambiamenti nel cervello erano meno sorprendenti. E' un'area così critica da avere senso che, quando è danneggiata, segnali al corpo che è sotto attacco".

Sia nell'ippocampo che nel sangue sono presenti quasi due dozzine di geni alterati, una opportunità per gli scienziati di sviluppare un test del sangue basato sui geni che determina se è avvenuta una lesione cerebrale, e la misurazione di alcuni di questi geni potrebbe aiutare i medici a prevedere se una persona ha probabilità di sviluppare l'Alzheimer o altri disturbi. La ricerca potrebbe anche portare a un modo migliore per diagnosticare il lieve trauma cranico.

I ricercatori riferiscono che più di 100 dei geni dei topi cambiati dopo la lesione cerebrale hanno una controparte negli esseri umani che è collegata a disturbi neurologici e psichiatrici. Ad esempio, secondo lo studio, 16 dei geni coinvolti nei ratti hanno analoghi negli esseri umani, e quei geni sono legati a una predisposizione all'Alzheimer. I ricercatori hanno anche scoperto che quattro dei geni coinvolti nell'ippocampo e uno nei leucociti sono simili ai geni negli esseri umani che sono collegati al «disturbo post traumatico da stress».

La Yang ha detto che lo studio non solo ha indicato che i geni sono influenzati dalle lesioni cerebrali traumatiche, e ha fatto collegamenti a malattie gravi, ma potrebbe anche indicare i geni che regolano il metabolismo, la comunicazione cellulare e l'infiammazione, facendoli diventare bersagli migliori per nuove terapie per le malattie del cervello.

I ricercatori stanno ora studiando alcuni dei «geni master» per determinare se modificarli induce anche cambiamenti in un gran numero di altri geni. Se è così, i «geni master» sarebbero ancora più promettenti come bersagli per nuove terapie. Essi prevedono inoltre di studiare il fenomeno nelle persone che hanno subito traumi cerebrali.

In uno studio del 2016, la Yang, Gomez-Pinilla e colleghi avevano riferito che centinaia di geni possono essere danneggiati dal fruttosio e che l'acido grasso omega-3 chiamato acido docosaesaenoico (DHA) sembra annullare le modifiche dannose prodotte dal fruttosio. Anche uno dei geni che hanno identificato in quello studio (Fmod) è tra i «geni master regolatori» identificati nella nuova ricerca.

Non tutti quelli che subiscono lesioni cerebrali traumatiche sviluppano le stesse malattie, ma le lesioni più gravi possono danneggiare più geni, ha detto Gomez-Pinilla.