Cosa succede quando le cellule di supporto del cervello non sono più così efficaci?

Cosa succede quando le cellule di supporto del cervello non sono più così efficaci?

Gli scienziati del Salk usano l'espressione genica per capire come gli astrociti cambiano con l'età

LA JOLLA—Spiegando potenzialmente perché anche i cervelli sani non funzionano bene con l'età, i ricercatori del Salk hanno scoperto che i geni che vengono attivati all'inizio dello sviluppo cerebrale per recidere le connessioni tra i neuroni mentre il cervello si perfeziona, vengono nuovamente attivati nelle cellule di supporto neuronale invecchiate chiamate astrociti. Lo studio, pubblicato su Rapporti Cellulari il 2 gennaio 2018, suggerisce che gli astrociti potrebbero essere buoni bersagli terapeutici per prevenire o invertire gli effetti del normale invecchiamento.

"Gran parte del lavoro per studiare come le cellule cerebrali non neuronali, in particolare gli astrociti, influenzano la funzione neuronale, è stato svolto nel cervello giovane durante lo sviluppo", afferma Nicola Allen, professore associato presso il Laboratorio di Neurobiologia Molecolare del Salk. "Ma volevamo capire perché in un cervello sano e invecchiato i neuroni non comunicano più bene come un tempo."

Sebbene non siano stati studiati così bene come i neuroni, gli astrociti – così chiamati per il loro aspetto a forma di stella – costituiscono da un terzo alla metà di tutte le cellule del cervello e si sta scoprendo sempre più che svolgono un ruolo fondamentale per la funzione neuronale. Allen aveva precedentemente scoperto una classe di proteine secrete dagli astrociti che aiutano i neuroni a formare connessioni attive, note come sinapsi. Senza questo aiuto, i neuroni non comunicano. I neuroscienziati sanno che nel cervello giovane e in via di sviluppo, le sinapsi vengono attivate e disattivate, mentre nel cervello adulto sono per lo più stabili. Ma nel cervello che invecchia, i neuroni iniziano a perdere connessioni e non comunicano più bene. Allen e lo studente laureato Matthew Boisvert si sono chiesti se i cambiamenti nelle sinapsi e nella comunicazione neuronale durante l'invecchiamento potessero essere correlati ai cambiamenti negli astrociti.

Per scoprirlo, i due hanno deciso di confrontare l'espressione genica negli astrociti del cervello adulto con quella del cervello invecchiato dei topi. Questo avrebbe dato loro un'idea di quali geni fossero attivi nelle due fasi.

Boisvert ha scelto di confrontare topi di quattro mesi, che in termini di età topica sono adulti, con topi di due anni, che sono piuttosto anziani. Ha utilizzato una tecnologia molecolare chiamata ribo-tag che gli ha permesso di scoprire quali geni venivano trasformati in proteine dagli astrociti. Funziona isolando le macchine che sintetizzano le proteine delle cellule (chiamate ribosomi), che trasformano le copie di mRNA del DNA (geni) in proteine. Acquisendo una sorta di istantanea molecolare dei ribosomi di un astrocita, è possibile vedere tutte le copie di mRNA in corso e quindi sapere quali geni sono attivi.

Per sviluppare una visione completa dell'espressione genica degli astrociti, i due hanno utilizzato la tecnica in quattro aree molto diverse del cervello del topo: due regioni della corteccia e l'ipotalamo e il cervelletto.

Con loro sorpresa, hanno scoperto che la maggior parte delle proprietà che rendono un astrocita un astrocita non cambiava molto con l'età: l'espressione genica era abbastanza costante nel tempo. Ma cosa cambiava: i geni che durante lo sviluppo normalmente causavano la perdita di connessioni tra i neuroni venivano riattivati negli astrociti invecchiati.

"Ciò suggerisce che in questi astrociti si riattiva una sorta di programma genetico che, con l'avanzare dell'età, fa sì che i neuroni perdano le connessioni tra loro", afferma Allen.

È interessante notare che le aree in cui gli astrociti apparivano più diversi erano quelle del cervello in cui è noto che i neuroni funzionano notevolmente meno bene con l'età o addirittura muoiono: il cervelletto e l'ipotalamo.

"Questo potrebbe spiegare perché con l'età il metabolismo diminuisce e la coordinazione peggiora, perché queste sono funzioni coordinate dall'ipotalamo e dal cervelletto", aggiunge Boisvert.

Il team ha reso pubblici i dati del suo studio affinché altri ricercatori possano utilizzarli. In futuro, il laboratorio prevede di confrontare gli astrociti invecchiati con gli astrociti presenti in modelli di malattia per verificare se possano esserci cambiamenti pre-patologici che consentano la transizione alla malattia.

Tra gli altri autori di questo lavoro figurano Galina Erickson e Maxim Shokhirev di Salk.

Il lavoro è stato finanziato dalla Ellison Medical Foundation, dalla Chapman Foundation, dai National Institutes of Health–National Institute of Neurological Disorders and Stroke, dalla Hearst Foundation, dalla Pew Foundation, dalla Dana Foundation, dalla Whitehall Foundation e dall'Helmsley Charitable Trust.