Ricerche

Le glia (verde chiaro) rispondono alla perdita di ciglia di dendrite (rosa scuro) accumulando un eccesso di matrice extracellulare (verde scuro).

I neuroni possono ottenere tutta la gloria, ma sarebbero nulla senza le cellule gliali. Mentre le cellule cerebrali eseguono il lavoro pesante nel sistema nervoso, sono le glia che forniscono nutrienti, puliscono i rifiuti e proteggono i neuroni dai danni. Ora, degli scienziati hanno scoperto un nuovo meccanismo attraverso il quale questi operatori cruciali di supporto rilevano e rispondono al danno dei neuroni.

Il loro studio, pubblicato su Nature Communications, descrive come due proteine ​​chiave consentono alle cellule gliali di monitorare attivamente le ciglia che, simili a capelli, si estendono dai dendriti dei nematodi, in modo che le cellule gliali possano rispondere alle lesioni e prevenire i danni. I risultati possono avere implicazioni per il trattamento delle malattie causate da ciglia difettose, come la malattia renale policistica.

"Il nostro obiettivo principale era definire meglio il percorso attraverso il quale le glia interagiscono con i dendriti", afferma Shai Shaham, responsabile del laboratorio genetica dello sviluppo della Rockefeller University di New York. "Una domanda importante successiva è se si possono manipolare queste cellule per affrontare le malattie relative alle ciglia".

Territorio inesplorato

I neuroni si basano su assoni e dendriti per comunicare; gli assoni inviano messaggi, mentre i dendriti ricevono quelli in arrivo, alcuni con l'aiuto di ciglia che si estendono dalle loro punte. Le ciglia rilevano odori, luce e altri stimoli.

Gli scienziati hanno studiato come le cellule gliali mantengono in forma gli assoni. Ma relativamente pochi studi hanno cercato di capire come le glia proteggono e mantengono i dendriti e le loro delicate ciglia. Sapendo che i cambiamenti della struttura del dendrite sono correlati all'apprendimento e alla memoria e che le ciglia disfunzionali sono al centro di una famiglia di disturbi noti come ciliopatie, Shaham e colleghi hanno deciso di colmare quel divario cruciale di conoscenza.

"Non sapevamo essenzialmente nulla delle interazioni tra cellule gliali e dendriti, ma contano tanto quanto gli assoni", afferma Shaham. "Hai bisogno anche di qualcosa per ricevere segnali".

Il team ha scelto di studiare glia, dendriti e ciglia nel nematode C. elegans, un organismo modello apprezzato dai ricercatori di base per la sua genetica semplice e la sua biologia ben studiata. Un ulteriore vantaggio qui è stato che i nematodi hanno le ciglia solo alle estremità dei dendriti, semplificando il lavoro di concentrarsi su ciò che accade alle ciglia dendritiche quando le glia escono dal lavoro.

"Il C.Elegans è un modello potente, perché possiamo usarlo per esplorare tutto, dalle molecole al comportamento", afferma Katherine Varandas, post-dottorato nel laboratorio di Shaham e prima autrice dello studio. "Attraverso lo studio dei nematodi possiamo decifrare interazioni molto specifiche tra dendrite e glia".

Avanzare sull'albero della vita

Per lo studio, il team ha usato la CRISPR per progettare nematodi con ciglia interrotte o con risposte gliali alterate, poi ha monitorato le glia in azione mediante microscopia a fluorescenza. Quindi, per capire come le glia rispondono ai nematodi con e senza ciglia, hanno impiegato il sequenziamento dell'RNA per monitorare i cambiamenti di espressione genica e la microscopia elettronica per osservare i cambiamenti strutturali.

Hanno scoperto che le cellule gliali rispondono alle ciglia danneggiate accumulando un eccesso di proteine ​​della matrice extracellulare e alterando l'espressione genica. In particolare, hanno scoperto un nuovo percorso di segnalazione che coinvolge la DGS-1, una proteina neuronale, e la Fig-1, una proteina gliale. Queste due proteine ​​sembrano cruciali per il monitoraggio dell'integrità delle ciglia; mutazioni in una delle due scatena risposte gliali anche senza danni alle ciglia.

I risultati ampliano la nostra comprensione delle funzioni gliali, con potenziali implicazioni che si estendono ben oltre i nematodi. In effetti, le somiglianze strutturali e funzionali degli organi sensoriali tra le specie suggeriscono che meccanismi simili per mantenere al sicuro le ciglia possono esistere nei mammiferi, dove è stato dimostrato che le cellule gliali interagiscono con strutture dendritiche simili.

Il presente studio potrebbe quindi gettare le basi per esplorare le interazioni glia-dendrite tra le specie, con potenziali implicazioni per gli esseri umani che soffrono di ciliopatie.

"Speriamo ora di portare questi studi ai mammiferi", afferma la Varandas. "Gli organi sensoriali, che includono dendriti decorati da ciglia circondati da glia, sono altamente conservati attraverso l'evoluzione e condividono sorprendenti somiglianze tra loro, fornendo una direzione affascinante per la ricerca futura".