Luglio 17, 2009
LA JOLLA, CA—Proprio come un direttore d'orchestra che dà il segnale ai musicisti in un'orchestra, Fgf10, un membro della famiglia di morfogeni del fattore di crescita dei fibroblasti (Ffg), fa sapere alle cellule staminali del cervello che è arrivato il momento di mettersi al lavoro, assicurandosi che raggiungano in tempo la loro prima tappa dello sviluppo, riferiscono gli scienziati del Salk Institute for Biological Studies nell'edizione del 16 luglio 2009 della rivista Neuron.
Le loro scoperte non solo forniscono nuove informazioni sullo sviluppo del cervello e una nuova funzione per gli Fgf, ma rivelano anche un possibile meccanismo per l'espansione selettiva di specifiche aree cerebrali nel corso dell'evoluzione, come il notevole aumento delle dimensioni del lobo frontale negli esseri umani.
Senza Fgf10 (immagine a destra), le cellule staminali neuronali non riescono a differenziarsi in tempo. Di conseguenza, continuano a moltiplicarsi, generando un pool più ampio di glia radiale (mostrata in rosso), che a sua volta produce più neuroni, dando origine a una corteccia più grande. I progenitori basali sono mostrati in verde.
Immagine: per gentile concessione della Dott.ssa Setsuko Sahara, Salk Institute for Biological Studies.
Durante lo sviluppo cerebrale embrionale, le cellule staminali incaricate di costruire la corteccia, la struttura cerebrale più grande e sede della maggior parte delle funzioni cognitive superiori, attraversano una serie di fasi strettamente regolate: da cellule staminali onnipotenti a cellule progenitrici corticali capaci di produrre neuroni.
"La tempistica di ciascuna di queste transizioni ha implicazioni critiche per lo sviluppo del cervello, poiché piccoli cambiamenti nella proporzione di progenitori che presentano una o l'altra modalità di divisione nelle fasi iniziali si tradurranno in cambiamenti sostanziali nel numero di neuroni e nelle dimensioni della corteccia", afferma Dennis O'Leary, Ph.D., professore presso il Laboratorio di neurobiologia molecolare, che ha guidato lo studio.
Nelle prime fasi della corticogenesi, le cellule progenitrici simili a cellule staminali, note come cellule neuroepiteliali, subiscono una divisione cellulare simmetrica, producendo due progenitori identici per espandere il pool di cellule neuroepiteliali. Successivamente, si differenziano in cellule progenitrici più mature, chiamate glia radiale, che si dividono asimmetricamente per produrre una coppia di cellule figlie diverse: una glia radiale per mantenere il pool di cellule progenitrici e un neurone corticale o progenitore basale. Quest'ultimo migrerà verso l'esterno e poi produrrà neuroni per stabilire gli strati superficiali della corteccia.
Tuttavia, si sa ancora poco sui meccanismi che mediano il periodo di transizione critico che collega la fase iniziale di espansione delle cellule neuroepiteliali alla successiva fase neurogenica, in cui si formano tutti i neuroni che alla fine formeranno i sei strati della corteccia.
Dennis O'Leary e Setsuko Sahara
Inizialmente, la ricercatrice post-dottorato e prima autrice Setsuko Sahara, Ph.D., era più interessata alla struttura delle aree quando ha iniziato a studiare gli effetti dell'eliminazione di Fgf10 nel cervello di topo. Ma è diventato subito chiaro che la funzione primaria di Fgf10 era quella di regolare la differenziazione della glia radiale, un ruolo che ha implicazioni significative per le dimensioni del cervello, comprese quelle di specifiche aree corticali. "Questi topi avevano un cervello notevolmente ingrandito", afferma Setsuko, "ma la struttura era perfettamente integra".
Uno sguardo più attento ha rivelato che la transizione dalla fase di espansione alla fase neurogena, manifestata dai progenitori corticali, era ritardata di circa due giorni. "Di conseguenza, le cellule neuroepiteliali continuano a moltiplicarsi, generando un pool più ampio di glia radiale, che a sua volta produce più neuroni, dando origine a una corteccia più grande", spiega Sahara. È interessante notare che l'aumento di dimensioni era limitato alla corteccia frontale, dimostrando che, al momento in cui la popolazione dei progenitori precoci si espandeva in modo anomalo nei mutanti Fgf10, la loro identità di area era fissa.
"Questi risultati dimostrano un meccanismo diretto impiegato durante lo sviluppo normale per regolare le dimensioni del cervello", afferma O'Leary. "Questi risultati hanno anche potenziali implicazioni sull'evoluzione delle aree corticali. L'espansione selettiva del pool di progenitori attraverso la regolazione, da parte di Fgf10, dei tempi di differenziazione della glia radiale potrebbe spiegare l'espansione selettiva della corteccia frontale, che si è notevolmente ampliata negli esseri umani e si ritiene sia importante per l'evoluzione di quelli che sono considerati tratti tipicamente umani".
Questo lavoro è stato sostenuto dai National Institutes of Health, dalle borse di studio JSPS per la ricerca all'estero e dalla Uehara Memorial Foundation.
Informazioni sul Salk Institute for Biological Studies
Il Salk Institute for Biological Studies è uno dei più importanti istituti di ricerca di base al mondo, dove docenti di fama internazionale affrontano questioni fondamentali delle scienze della vita in un ambiente unico, collaborativo e creativo. Concentrati sia sulla scoperta che sulla formazione delle future generazioni di ricercatori, gli scienziati del Salk forniscono contributi innovativi alla nostra comprensione del cancro, dell'invecchiamento, dell'Alzheimer, del diabete e dei disturbi cardiovascolari, studiando neuroscienze, genetica, biologia cellulare e vegetale e discipline correlate.
I risultati conseguiti dal corpo docente sono stati riconosciuti con numerosi riconoscimenti, tra cui premi Nobel e l'iscrizione alla National Academy of Sciences. Fondato nel 1960 dal pioniere del vaccino contro la poliomielite Jonas Salk, l'Istituto è un'organizzazione indipendente senza scopo di lucro e un punto di riferimento architettonico.
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