Trovato segnale che incrementa la sopravvivenza dei nuovi neuroni

12 November 2013

Ricercatori della Johns Hopkins riferiscono che un tipo specializzato di cellule cerebrali che ostacolano l'attività delle cellule staminali, forse per ironia della sorte favoriscono la sopravvivenza della progenie delle cellule staminali stesse.

Capire come queste nuove cellule cerebrali "decidono" se vivere o morire e come comportarsi, è di particolare interesse perché i cambiamenti nella loro attività sono legati a malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, le malattie mentali e l'invecchiamento.

"Abbiamo identificato un meccanismo fondamentale per mantenere in vita i neuroni appena nati, le nuove cellule cerebrali", ha detto Hongjun Song, Ph.D., professore di neurologia e direttore del programma Cellule Staminali dell'Institute for Cell Engineering della Johns Hopkins Medicine. "Questo può non solo aiutarci a capire le cause di alcune malattie, ma può anche essere un passo verso il superamento delle barriere nel trapianto di cellule terapeutiche".

Il team di ricerca di Song, lavorando con un gruppo guidato da Guo-Li Ming (MD, Ph.D.), professore di neurologia all'Istituto per l'ingegneria delle cellule, e altri collaboratori, aveva riferito inizialmente l'anno scorso che le cellule del cervello note come interneuroni che esprimono parvalbumina istruiscono le cellule staminali vicine a non dividersi, rilasciando un segnale chimico chiamato GABA.

Nel nuovo studio, come riportato il 10 Novembre online su Nature Neuroscience, Song e Ming volevano scoprire come il GABA dei neuroni circostanti colpisce i neuroni neonati prodotti dalle cellule staminali. Molti di questi neuroni neonati muoiono naturalmente subito dopo la loro "nascita", dice Song; se ce la fanno a sopravvivere, le nuove cellule migrano verso una sede permanente nel cervello e forgiano le sinapsi, le connessioni con altre cellule.

Per capire se il GABA è un fattore di sopravvivenza e di comportamento dei neuroni neonati, il team di ricerca ha marcato i neuroni neonati nel cervello di topi con una proteina fluorescente, e poi hanno tenuto sotto controllo la loro risposta al GABA. "Non ci aspettavamo che questi neuroni immaturi formassero sinapsi, quindi siamo rimasti sorpresi nel vedere che avevano costruito le sinapsi dai interneuroni circostanti e che tale GABA stava arrivando a loro in quel modo", afferma Song. Nel precedente studio, il team ha scoperto che il GABA stava arrivando alle cellule staminali senza sinapsi con un percorso meno diretto, vagando nello spazio tra le cellule.

Per confermare i risultati, il team ha progettato i interneuroni in modo che fossero stimolati oppure soppressi dalla luce. I ricercatori hanno scoperto che quando sono stimolate, le cellule attivano realmente i neuroni neonati vicini. Hanno quindi provato il trucco della stimolazione con la luce nei topi vivi, e hanno scoperto che quando gli interneuroni specializzati sono stimolati e emettono più GABA, i nuovi neuroni dei topi sopravvivono in numero maggiore rispetto a quando non è così.

Ciò è in contrasto con la risposta delle cellule staminali, che diventano dormienti quando rilevano il GABA. "Questo sembra essere un sistema molto efficace per mettere a punto la risposta del cervello al suo ambiente", afferma Song. "Quando si ha un elevato livello di attività cerebrale, sono necessari più neuroni nuovi, e quando non c'è un'attività alta non c'è bisogno di nuovi neuroni, ma è necessario prepararsi, mantenendo le cellule staminali attive. E' tutto regolato dallo stesso segnale".

Secondo Song, altri ricercatori hanno scoperto che gli interneuroni che esprimono parvalbumina hanno un comportamento anomalo nelle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e le malattie mentali come la schizofrenia. "Ora vogliamo vedere il ruolo di questi interneuroni nelle fasi successive dei neuroni neonati: la migrazione al posto giusto e l'integrazione nel circuito esistente", dice. "Quella può essere la chiave del loro ruolo nelle malattie".

Il team è anche interessato a indagare se il meccanismo del GABA può essere usato per aiutare a mantenere in vita le cellule trapiantate, senza influenzare altri processi cerebrali come effetto collaterale.

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Altri autori dello studio sono Juan Song, Jiaqi Sole, Zhexing Wen, Gerald J. Sun, Derek Hsu, Chun Zhong, Heydar Davoudi e Kimberly M. Christian della Johns Hopkins, e Jonathan Moss e Nicolas Toni dell'Università di Losanna in Svizzera. Lo studio è stato finanziato dal National Institute of Neurological Disorder and Stroke, dall'Istituto Nazionale di Scienze della Salute Ambientale, dall'Istituto Nazionale di Salute dei Bambini e dello Sviluppo Umano, dalla Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation, dalla Brain and Behavior Research Foundation, dal Maryland Stem Cell Research Fund, dal Fondo nazionale svizzero della scienza e dalla Fondation Leenaards.

Fonte: Johns Hopkins Medicine, via EurekAlert!.

Riferimenti: Juan Song, Jiaqi Sun, Jonathan Moss, Zhexing Wen, Gerald J Sun, Derek Hsu, Chun Zhong, Heydar Davoudi, Kimberly M Christian, Nicolas Toni, Guo-li Ming, Hongjun Song. Parvalbumin interneurons mediate neuronal circuitry–neurogenesis coupling in the adult hippocampus. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3572

Pubblicato in eurekalert.org (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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