Rigenerazione neuronale e modello a due parti dei nervi

14 June 2013

Ricercatori dell'Università del Michigan hanno dimostrato che un singolo gene controlla entrambe le metà delle cellule nervose, e la loro ricerca dimostra la necessità di prendere in considerazione questo modello nello sviluppo di nuovi trattamenti per la rigenerazione dei neuroni.

Un documento pubblicato online su PLoS Biology da Bing Ye, componente di facoltà del Life Sciences Institute della University of Michigan (U-M), e colleghi, dimostra che la manipolazione dei geni del moscerino della frutta Drosophila, per promuovere la crescita di una parte del neurone, arresta contemporaneamente la crescita dell'altra.

Ye ha detto che capire questa natura bimodale dei neuroni è importante per i ricercatori che sviluppano terapie per le lesioni del midollo spinale, le neurodegenerazioni e altre malattie del sistema nervoso. Le cellule nervose assomigliano straordinariamente agli alberi, con una corona di "rami" che convergono nel "tronco". I rami, chiamati dendriti, acquisiscono alla cellula nervosa informazioni da altri neuroni. Il tronco, l'assone, trasmette il segnale alla cellula successiva. "Se si vuole rigenerare un assone per riparare una lesione, ci si deve prendere cura anche dell'altra estremità", spiega Ye, assistente professore del Dipartimento di Biologia Cellulare e dello Sviluppo alla Medical School dell'U-M.

La separazione della cellula nervosa in queste due parti è così fondamentale nelle neuroscienze che è conosciuta come la "dottrina del neurone", ma è ancora in gran parte sconosciuto il modo preciso in cui i neuroni creano, mantengono e regolano queste due parti e le funzioni distinte. Quando il corpo cresce, anche la rete neuronale cresce rapidamente. Ma le cellule nervose non si dividono e si replicano come le altre cellule del corpo, al contrario sono create da un tipo specifico di cellula staminale. Le cellule nervose adulte sembrano non avere più la spinta a crescere, così la perdita di neuroni dovuta a lesioni o neurodegenerazioni può essere permanente.

L'articolo di Ye evidenzia la natura bimodale dei neuroni, spiegando come una chinasi che promuove la crescita degli assoni ha anche sorprendentemente l'effetto opposto di ostacolare la crescita dei dendriti della stessa cellula. Nel tentativo di comprendere i fondamentali della crescita delle cellule nervose, e stimolare la ricrescita dopo la lesione, gli scienziati hanno individuato i geni responsabili della crescita degli assoni e sono stati in grado di indurre la crescita drastica del lungo "tronco" della cellula, ma i dendriti hanno avuto meno attenzione.

Ci sono motivi tecnici per i quali studiare gli assoni è più facile che studiare i dendriti: il fascio di assoni in un nervo è più facile da rintracciare al microscopio, ma ottenere un'immagine dei dendriti richiede la marcatura dei singoli neuroni.
Il laboratorio di Ye ha aggirato questo ostacolo usando la Drosophila come modello. Con questo semplice modello del sistema nervoso, gli scienziati hanno potuto marcare in modo affidabile sia gli assoni che i dendriti dei neuroni singoli e vedere cosa succede alle cellule nervose con varie mutazioni di geni condivisi tra moscerini ed esseri umani.

Uno dei geni condivisi tra Drosophila e persone è quello che produce la proteina chiamata Dual Lucine Zipper Kinase (DLK). Come descritto in precedenza da altri gruppi, la DLK è un prodotto del gene responsabile della crescita assonale. Le cellule con una quantità maggiore di questa proteina hanno assoni molto lunghi, e quelle senza il gene o la proteina non hanno una rigenerazione dopo le lesioni nervose. La chinasi DLK sembra un promettente bersaglio per le terapie di rigenerazione delle cellule nervose.

Tuttavia, il laboratorio di Ye ha scoperto che la chinasi ha anche l'effetto opposto sui dendriti: molta DLK porta una riduzione dei dendriti. "Questa prova in vivo del controllo bimodale della crescita neuronale richiama l'attenzione sulla necessità di guardare dall'altra parte del neurone in termini di sviluppo di nuove terapie", raccomanda Ye. "Se usiamo questa chinasi, la DLK, come obiettivo di un farmaco per la crescita degli assoni, dovremo trovare un modo per bloccare il suo effetto sui dendriti".

Co-autori dello studio sono Xin Wang, Jung Hwan Kim, Mouna Bazzi e Sara Robinson del U-M Life Sciences Institute e Catherine Collins del Dipartimento di Biologia Molecolare, Cellulare e dello Sviluppo al College of Literature, Science, and the Arts.

Fonte: University of Michigan.

Reference: Xin Wang, Jung Hwan Kim, Mouna Bazzi, Sara Robinson, Catherine A. Collins, Bing Ye. Bimodal Control of Dendritic and Axonal Growth by the Dual Leucine Zipper Kinase Pathway. PLoS Biology, 2013; 11 (6): e1001572 DOI: 10.1371/journal.pbio.1001572

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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