Crescita dei motoneuroni guidata da una “relazione amore-odio” con i vasi sanguigni

Crescita dei motoneuroni guidata da una “relazione amore-odio” con i vasi sanguigni

I ricercatori del Salk hanno scoperto che i neuroni navigano nel corpo in un modo che è influenzato dai geni che controllano le cellule dei vasi sanguigni, che sono necessarie ai neuroni e allo stesso tempo ostacolano il loro cammino.

LA JOLLA—Quando si formano i neuroni coinvolti nel movimento, chiamati motoneuroni, devono costruire connessioni che si estendono dal cervello, dal tronco encefalico o dal midollo spinale fino alla testa, alle braccia o alla punta dei piedi. Il modo in cui i neuroni si muovono in questi sistemi e "decidono" dove e come crescere è rimasto in gran parte un mistero.

Ora, un nuovo studio collaborativo tra scienziati del Salk Institute e colleghi dell'Istituto Scientifico San Raffaele in Italia mostra come i geni dei vasi sanguigni svolgano un ruolo fondamentale nello sviluppo dei motoneuroni, dicendo ai vasi sanguigni di spostarsi.

I risultati, pubblicati il 7 ottobre 2022 sulla rivista Neuron, forniscono una nuova comprensione di come una relazione "push-pull" con i vasi sanguigni – in cui i neuroni in crescita attraggono i vasi sanguigni e allo stesso tempo li spingono fuori dal loro percorso – guidi la crescita e lo sviluppo dei motoneuroni e, potenzialmente, di un'ampia varietà di tipi cellulari in tutto il corpo. La scoperta ha anche implicazioni per la comprensione di malattie in cui le connessioni dei motoneuroni vengono distrutte, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o l'atrofia muscolare spinale (SMA).

"Questa scoperta rivela una serie di interazioni molecolari e cellulari che non erano state comprese prima", afferma l'autore co-corrispondente Samuele Pfaff, professore presso il Gene Expression Laboratory e titolare della cattedra Benjamin H. Lewis al Salk. "La nostra scoperta di come questi geni regolano la crescita dei vasi sanguigni e lo sviluppo dei neuroni ha implicazioni che vanno dalla comprensione di come si formano altri circuiti cerebrali alla comprensione di come le cellule tumorali interagiscono con il loro ambiente".

Le connessioni dei motoneuroni si formano durante lo sviluppo fetale. Questo processo di cablaggio del sistema nervoso è estremamente preciso, con le cellule che creano migliaia di miliardi di connessioni che si estendono in tutto il corpo. Eppure, il processo genetico che dirige questo sviluppo è ancora poco compreso.

Ricerche precedenti si sono concentrate sul ruolo di geni specifici direttamente correlati ai motoneuroni e alle loro modalità di crescita. Ma per questo studio, gli scienziati hanno adottato un approccio più ampio, esaminando i geni sia all'interno che all'esterno del sistema nervoso.

I ricercatori hanno randomizzato le mutazioni genetiche nei topi e hanno esaminato attentamente i motoneuroni in via di sviluppo degli animali. Con loro sorpresa, hanno scoperto che i topi i cui motoneuroni non crescevano correttamente presentavano mutazioni che colpivano non il sistema nervoso, ma il sistema vascolare, che include i vasi sanguigni.

Nei topi sani, i motoneuroni possono crescere dal midollo spinale e spostarsi attraverso i tessuti circostanti per raggiungere gruppi muscolari distanti. Tuttavia, gli scienziati hanno osservato che nei topi con mutazioni vascolari, i motoneuroni sembravano rimanere bloccati dietro una barriera di vasi sanguigni. Hanno scoperto che la mutazione aveva influenzato la capacità dei vasi sanguigni di percepire i neuroni in avvicinamento e di spostarsi.

"Si verifica una collisione tra gli assoni in crescita e le cellule vascolari", afferma Dario Bonanomi, coautore dello studio e responsabile del gruppo di neurobiologia molecolare presso l'Istituto Scientifico San Raffaele di Milano, in Italia, e precedentemente al Salk Institute. "Quando si allontana questo recettore dalle cellule dei vasi sanguigni, gli assoni motori entrano in collisione con i vasi sanguigni e il loro movimento verso i muscoli viene compromesso e bloccato".

La scoperta illumina la delicata danza dei neuroni in via di sviluppo, che devono attrarre i vasi sanguigni per alimentare la loro crescita, e allo stesso tempo respingerli per spostarsi. È rilevante per affrontare gli ostacoli che devono essere superati nello sviluppo di una "terapia sostitutiva" dei motoneuroni utilizzando cellule staminali, un potenziale trattamento per le malattie in cui i motoneuroni degenerano, tra cui SLA e SMA.

In futuro, gli scienziati intendono esaminare la "diafonia" tra nervi e vasi sanguigni in altri contesti, nonché il modo in cui i sistemi nervoso e vascolare rispondono a ictus, lesioni cerebrali e malattie degenerative come SLA e SMA.

Altri autori includevano Neal D. Amin di Salk; Luis F. Martins, Ilaria Brambilla, Alessia Motta, Stefano de Pretis, Ganesh Parameshwar Bhat, Aurora Badaloni e Chiara Malpighi dell'Istituto Scientifico San Raffaele in Italia; Fumiyasu Imai e Yutaka Yoshida del Burke Neurological Institute di New York; e Ramiro D. Almeida dell'Università di Coimbra in Portogallo.

Questo lavoro è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (sovvenzione 335590), dal Giovanni Armenise-Harvard Foundation Career Development Award, dall'Howard Hughes Medical Institute Investigator Award, dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke (RO1 NS123160-01), dal Sol Goldman Charitable Trust e dalla Benjamin H. Lewis Chair in Neuroscience.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.021