Un nuovo atlante dell’espressione genica nei neuroni durante il loro sviluppo documenta la diversità tra le cellule cerebrali.
di Lisa Ovi
Comprendere il cervello umano rimane una tra le sfide più complesse e affascinanti, il cui obiettivo è trovare una risposta sulle origini dell’intelligenza umana, sul suo funzionamento e sulle sue disfunzioni.
Ricercatori della New York University hanno sfruttato il sequenziamento genico e l’apprendimento automatico per classificare più di 250.000 neuroni nel cervello dei moscerini della frutta. Il nuovo “atlante dello sviluppo” dell’espressione genica nei neuroni, pubblicato su Nature, rileva che i neuroni danno prova della maggiore diversità molecolare durante lo sviluppo e rivela l’esistenza di un nuovo tipo di neuroni che svanisce alla schiusa dei moscerini.
Il cervello è composto da migliaia di tipi diversi di neuroni. Nonostante condividano le stesse informazioni genetiche, ciascun tipo si sviluppa grazie all’attivazione di diversi set di geni in diverse fasi del loro sviluppo. È partito da questo concetto lo studio capeggiato da Claude Desplan, professore di biologia della NYU, cha ha concentrato l’attenzione della sua squadra sulla varietà di neuroni che caratterizza il lobo ottico, andando a confrontare le cellule cerebrali dei moscerini della frutta in ogni fase dello sviluppo.
I ricercatori hanno creato il nuovo “atlante” sfruttando una tecnica relativamente nuova che prende il nome di sequenziamento dell’mRNA a cellula singola (RNA-Seq), grazie alla quale hanno potuto catturare e sequenziare l’mRNA da più di 250.000 singole cellule. Utilizzando una combinazione di approcci di apprendimento automatico, sono stati in grado di catalogare ciascuna di queste cellule secondo tipologie specifiche durante lo sviluppo.
Tra i risultati dello studio c’è la scoperta di una tipologia di neuroni completamente nuova, presente sulla superficie del lobo ottico solo durante lo sviluppo. Poco prima della chiusa dei moscerini, questo tipo di neuroni viene rimosso grazie alla morte cellulare programmata. È ignota la precisa funzione di questo nuovo tipo di neurone, ma i ricercatori fanno sapere che avrebbe proprietà molto simili a cellule presenti anche nei mammiferi che prendono il nome di Cajal-Retzius e sono fondamentali per il corretto sviluppo del cervello.
I ricercatori hanno potuto anche osservare che i neuroni mostrano i più alti livelli di diversità molecolare in fase di sviluppo piuttosto che a maturità raggiunta. Questa varietà sembra essere alla base della capacità di formare connessioni con cellule partner specifiche ed evitare quelle sbagliate.
Il fatto che la storia evolutiva dei neuroni abbia un ruolo nella loro capacità di acquisire caratteristiche e funzioni distinte ha chiare implicazioni per lo studio dei disturbi neurologici. È possibile che eventuali interruzioni nella funzionalità del circuito neurale possano verificarsi a causa di difetti transitori nel programma genetico rilevabili solo durante lo sviluppo.
Per finire, lo studio ha rivelato che neuroni dall’aspetto apparentemente identico possono esprimere set di geni diversi a seconda che siano posizionati nella parte superiore, o inferiore del cervello. Queste differenze sembrano fondamentali per la capacità dei moscerini di eseguire calcoli diversi sulle informazioni visive che ricevono.
(lo)
