Ricerche

Cellule nate già adulte, viaggiano attraverso il sottile flusso migratorio rostrale prima di stabilirsi nel bulbo olfattivo, la grande struttura in alto a destra nell'immagine. (Fonte: Belluscio Lab, NINDS)Gli scienziati hanno pensato per decenni che i neuroni nel cervello nascono solo durante il periodo di sviluppo iniziale e non possono essere rimpiazzati.

Più di recente, però, hanno scoperto delle cellule con la capacità di dividersi e trasformarsi in nuovi neuroni in specifiche regioni cerebrali. La funzione di queste cellule neuroprogenitrici resta un'area di intensa ricerca.

Gli scienziati del National Institutes of Health (USA), riferiscono che delle cellule cerebrali appena formate nel sistema olfattivo di topi (l'area che elabora gli odori) hanno un ruolo cruciale nel mantenere collegamenti corretti. I risultati sono stati pubblicati l'8 ottobre sul Journal of Neuroscience.

"Questo è un ruolo nuovo e sorprendente per le cellule staminali del cervello e cambia il modo in cui le vediamo", ha detto Leonardo Belluscio, Ph.D., scienziato del National Institute of Neurological Disorders and Stroke e autore principale dello studio del NIH.

Il bulbo olfattivo si trova nella parte anteriore del cervello e riceve informazioni direttamente dal naso sugli odori dell'ambiente. I neuroni del bulbo olfattivo riordinano quelle informazioni e trasmettono il segnale al resto del cervello, e a quel punto diventiamo consapevoli degli odori che stiamo sentendo. La perdita olfattiva è spesso un sintomo precoce in vari disturbi neurologici, tra cui l'Alzheimer e il Parkinson.

Con un processo chiamato neurogenesi, le cellule neuroprogenitrici nate-adulte vengono generate nella zona subventricolare, nel profondo del cervello, e migrano verso il bulbo olfattivo dove assumono la loro posizione finale. Una volta sul posto, formano connessioni con le cellule esistenti e sono incorporate nel circuito.

Il Dr. Belluscio, che studia il sistema olfattivo, ha collaborato con Heather Cameron, Ph.D., ricercatore di neurogenesi all'Istituto Nazionale di Salute Mentale del NIH, per capire meglio come la continua aggiunta di nuovi neuroni influenza l'organizzazione circuitale del bulbo olfattivo. Utilizzando due varianti di topi opportunamente modificati, sono riusciti a puntare specificamente, ed eliminare, le cellule staminali che danno origine a questi nuovi neuroni negli adulti, lasciando intatte le altre cellule del bulbo olfattivo. Questo livello di specificità non era mai stato raggiunto in precedenza.

Nella prima serie di esperimenti sui topi, il team del dottor Belluscio ha inizialmente interrotto l'organizzazione dei circuiti del bulbo olfattivo tappando temporaneamente una narice negli animali, per impedire alle informazioni sensoriali olfattive di entrare nel cervello. Il suo laboratorio in precedenza aveva dimostrato che questa forma di deprivazione sensoriale induce alcune proiezioni all'interno del bulbo olfattivo a disperdersi drasticamente e a perdere il modello preciso di connessione presente nelle condizioni normali. Questi studi hanno inoltre dimostrato che questo circuito largamente interrotto potrebbe ri-organizzarsi e ripristinare la sua precisione originale una volta che la deprivazione sensoriale è stata invertita.

Tuttavia, in questo studio, il laboratorio del Dr. Belluscio rivela che una volta che il naso è sbloccato, se viene impedito a nuovi neuroni di formarsi e di entrare nel bulbo olfattivo, i circuiti rimangono scompigliati. "Abbiamo scoperto che, senza l'introduzione dei nuovi neuroni, il sistema non può riprendersi dal suo stato interrotto", ha detto il dottor Belluscio.

Per esplorare ulteriormente questa idea, il suo team ha anche eliminato la formazione di neuroni nati-adulti nei topi che non avevano alcuna privazione sensoriale. I ricercatori hanno scoperto che l'organizzazione del bulbo olfattivo ha cominciato a rompersi, assomigliando al modello visto negli animali ai quali è impedito di ricevere informazioni sensoriali dal naso. E hanno osservato una relazione tra l'entità della perdita di cellule staminali e quella dell'interruzione del circuito, fatto che indica che una maggiore perdita di cellule staminali porta ad un maggior grado di disorganizzazione nel bulbo olfattivo.

Secondo il dottor Belluscio, si ritiene in genere che i circuiti del cervello adulto siano abbastanza stabili e che l'introduzione di nuovi neuroni alteri la circuiteria esistente, inducendola a ri-organizzarsi. "Tuttavia, in questo caso, il circuito sembra essere intrinsecamente instabile, richiedendo una alimentazione continua di nuovi neuroni, non solo per recuperare la sua organizzazione in seguito all'interruzione, ma anche per mantenere o stabilizzare la sua struttura matura. In realtà è abbastanza sorprendente che, nonostante la sostituzione continua di cellule all'interno di questo circuito del bulbo olfattivo, in circostanze normali la sua organizzazione non cambi", ha detto.

Il dottor Belluscio ed i suoi colleghi ipotizzano che i nuovi neuroni nel bulbo olfattivo potrebbero essere importanti per mantenere o accogliere i cambiamenti nel sistema dipendenti dalle attività, potendo quindi aiutare gli animali ad adattarsi ad un ambiente in costante mutamento.

"E' molto interessante scoprire che i nuovi neuroni influenzano le connessioni precise tra i neuroni nel bulbo olfattivo. Poiché i nuovi neuroni nel cervello condividono molte caratteristiche, sembra probabile che anche la neurogenesi in altre regioni, come l'ippocampo, che è coinvolto nella memoria, producano cambiamenti simili nella connettività", ha detto il dottor Cameron.

Anche la base che sottende la connessione tra le malattie neurologiche e i cambiamenti nel sistema olfattivo è sconosciuta, ma può essere scoperta migliorando la comprensione del funzionamento del senso dell'olfatto. "Questa è un'area interessante della scienza", ha detto il dottor Belluscio, "Credo che il sistema olfattivo sia molto sensibile ai cambiamenti nell'attività neurale e dato il suo collegamento con altre regioni del cervello, potrebbe farci capire il rapporto tra perdita olfattiva e molti disturbi cerebrali".

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Questo lavoro è stato supportato dal Programma intramurale del NIH.

Fonte:  National Institute of Neurological Disorders and Stroke  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  D. M. Cummings, J. S. Snyder, M. Brewer, H. A. Cameron, L. Belluscio. Adult Neurogenesis Is Necessary to Refine and Maintain Circuit Specificity. Journal of Neuroscience, 2014; 34 (41): 13801 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2463-14.2014

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