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Il cervello e le cellule staminale. Ricerca per le funzioni cognitive superiori.

I neuroscienziati dello Scripps Research hanno trovano cellule staminali del cervello che potrebbero essere responsabili delle funzioni cognitive superiori e di cervelli più grandi.


Autori dello studio: Santos J. Franco, Cristina Gil-Sanz, Isabel Martinez-Garay, Ana Espinosa, Sarah R. Harkins-Perry, Cynthia Ramos, Ulrich Müller

Articolo scientifico originale: Fate-Restricted Neural Progenitors in the Mammalian Cerebral Cortex


Versione divulgativa: Scripps Research Neuroscientists Find Brain Stem Cells that May Be Responsible for Higher Functions, Bigger Brains
Tradotto da Elettra


Gli scienziati dello Scripps Research Institute hanno identificato un nuova famiglia di cellule staminali che potrebbero essere responsabili dell´origine dei neuroni responsabili del pensiero superiore. La scoperta inoltre, apre la strada agli scienziati per produrre neuroni in coltura – un primo passo nello sviluppo di migliori trattamenti per i condizioni neurologiche , come la schizofrenia e l´autismo, che possono essere il risultato di connessioni interrotte tra queste cellule del cervello.




Pubblicato nel numero del 10 Agosto 2012 della rivista Science, la nuova ricerca rivela come i neuroni negli strati superiori della corteccia cerebrale si formino durante lo sviluppo embrionale del cervello.


“La corteccia cerebrale è la sede delle funzioni superiori del cervello, dove le informazioni vengono integrate e dove si formano i ricordi e la coscienza” dice l´autore senior dello studio Ulrich Mueller, uno dei professori e direttore del Dorris Neuroscience Centre allo Scripps Research.Se vogliamo capire chi siamo, abbiamo bisogno di comprendere quest´area dove tutto viene convogliato e forma la nostra impressione del mondo.


Nel nuovo studio, il team di Mueller ha identificato una cellula staminale neurale nei topi che dà origine specificatamente ai neuroni che formano gli strati superiori della corteccia cerebrale.
Precedentemente si pensava che tutti i neuroni corticali – quelli che formano sia lo strato superiore che quello inferiore – venissero dallo stesso tipo di cellula staminale, chiamata cellula gliale radiale, o RGC. Si pensava che la destinazione di un neurone fosse determinata al momento della sua nascita.
Il team dello Scripps Research, comunque, ha dimostrato che c´è una distinta cellula staminale progenitrice che dà origine ai neuroni dello strato superiore, a prescindere dal momento della formazione o dal luogo.


Le funzioni avanzate come la coscienza, il pensiero, e la creatività richiedono molta differenziazione della tipologia di cellula neuronale e una questione centrale è stata come tutte queste diversità vengano prodotte nella corteccia dice Santos Franco, un ricercatore associato senior nel laboratorio dei Mueller e primo autore dell´articolo. I nostri studi mostrano come la diversità esiste già nelle cellule progenitrici.


Sbucciando gli strati della cipolla

Nei mammiferi, la corteccia è fatta di sei distinti strati anatomici che comprendono tipi differenti di neuroni eccitatori. Non sono come gli strati uniformi di una torta, ma piuttosto, come gli strati che si avvolgono attorno ad una cipolla. Gli strati più piccoli e inferiori, all´interno, ospitano neuroni che collegano il tronco encefalico del cervello al midollo spinale per aiutare a regolare funzioni essenziali come la respirazione e i movimenti. Gli strati più grandi e superiori, più vicini alla superficie esterna del cervello, contengono neuroni che integrano le informazioni provenienti dai sensi e collegano i due emisferi del cervello.


Gli strati superiori sono “un´invenzione relativamente nuova”, parlando in termini evolutivi, avendo avuto un notevole ampliamento durante l´evoluzione dei primati”, dice Mueller. Hanno dato agli umani in particolare le abilità uniche di pensare in maniera astratta, pianificare il futuro e risolvere i problemi.


Durante gli ultimi due decenni, gli scienziati hanno creduto che la destinazione dei neuroni della corteccia cerebrale fosse determinata al momento della loro nascita poiché ogni strato si forma in un momento ben preciso. Lo strato più basso di neuroni forma per primo il centro della “palla”, e in seguito, le cellule che diventeranno lo strato superiore, si formano per ultime, migrando attraverso lo strato inferiore. Quindi il modello era quello di una cellula staminale al centro della palla che generava i differenti tipi di neuroni in ondate successive.Quello che sosteniamo adesso è che ci sono almeno due differenti popolazioni di RGC e potenzialmente di più.dice Mueller.


Seguendo il destino

Franco ha prodotto per prima cosa una serie di topi nei quali avrebbe potuto tracciare i neuroni dello strato superiore nel momento in cui si formavano e migravano. Il team ha seguito un gene marcato, chiamato Cux2, che era stato precedentemente segnalato per essere presente solamente nei neuroni dello strato superiore. Collegando un gene ad un enzima chiamato Cre, al gene Cux2, gli scienziati avrebbero potuto osservare al microscopio ogni manifestazione della cellula Cux2, poiché l´enzima del Cre accende un altro gene che diventa rosso fluorescente.


Sorprendentemente, il team ha osservato il Cux2 riaccendersi immediatamente in alcuni degli RGC, anche nei primi punti di sviluppo del cervello – embrione di 9 o 10 giorni – prima che qualunque neurone dello strato superiore esistesse. Seguendo questa popolazione di cellule staminali accese attraverso lo sviluppo, il team ha mostrato che le cellule avevano generato quasi esclusivamente neuroni dello strato superiore. Di contro, il sottogruppo delle RGC che non manifestavano i Cux2 sono diventate neuroni del livello inferiore.


In seguito, il team ha rimosso queste cellule precursori Cux2-positivi dalle loro nicchie nel cervello embrionale per vedere come si sarebbero sviluppate in una coltura di laboratorio. Quando hanno coltivato entrambi i tipi di RGC, nuovamente solo le RGC che manifestavano i Cux2 si sono sviluppati in neuroni dello strato superiore.


Nei cervelli in evoluzione, queste cellule staminali Cux2-positivi si auto rigenerano per prime e proliferano prima, differenziandosi in neuroni successivamente. Quindi, il team ha voluto sapere se la data di formazione di un neurone determinava il suo destino. Per provarlo, i ricercatori hanno inserito una molecola di TCF4 nell´utero che ha forzato prematuramente l´RGC con Cux2-positivo alla differenziazione. Anche se era troppo presto per lo sviluppo normale, l´RGC con Cux2-positivo ha continuato a produrre neuroni dello strato superiore.


In altre parole, a prescindere dalla posizione o dal tempo, Le RGC con Cux2-positivo sono destinate a diventare neuroni dello strato superiore. Mueller e colleghi hanno concluso che queste cellule staminali hanno una qualche proprietà intrinseca che determina il loro fato dall´inizio.


Il lavoro mostra inoltre che questo sottoinsieme di RGC è responsabile dell´enorme proliferazione di cellule necessarie a creare lo strato superiore più esteso della corteccia trovata nel cervello dei primati. Se vogliamo comprendere come il cervello umano si è evoluto, come mai siamo diversi dagli anfibi, allora questa cellula precorritrice potrebbe essere stata importante. dice Mueller.


Ma, un cervello più grande porta altri rischi, rendendo gli umani molto più inclini ai disordini se i neuroni dello strato superiore non formano correttamente le connessioni. Fino ad ora, i ricercatori che hanno provato a riprodurre in laboratorio i neuroni corticali da cellule staminali, hanno solamente generato neuroni dello strato inferiore. Tutto ciò apre una porta per cercare di creare i neuroni dello strato superiore, che sono i quelli affetti più frequentemente da disordini psichiatrici dice Mueller. <
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