Uno studio condotto alla Harvard University, in collaborazione con il Broad Institute del Mit e Harvard, disegna un atlante delle variazioni molecolari dei neuroni in via di sviluppo durante la genesi della corteccia cerebrale: una sorta di guida lungo il percorso con cui ogni neurone “trova sé stesso”

Immaginate una società di circa 90 miliardi di individui (sulla terra siamo in 7), ciascuno con la sua identità, il suo aspetto e il suo mestiere, che interagiscono tra di loro, creando una rete di relazioni di vario tipo, organizzata a più livelli, al fine di perseguire un obiettivo comune.

Ora, sostituite a “individui” la parola “neuroni” ed ecco che avrete il cervello.

I neuroni si distinguono per forma, posizione, neurotrasmettitore usato e, infine, per ruolo. Tutte queste caratteristiche vengono definite nel periodo embrionale (quando il sistema nervoso si sviluppa) che si delinea, quindi, come una fase critica per la comprensione dell’organizzazione e delle funzionalità del cervello, e che, dunque, va studiata con attenzione, come hanno appena fatto i gruppi di ricerca di Paola Arlotta della Harvard University e di Aviv Regeve del Broad Institute del Mit e Harvard. I ricercatori hanno analizzato, giorno dopo giorno, lo sviluppo di una porzione di corteccia cerebrale di topo, costruendo così un atlante molecolare in grado di fornire nuovi indizi sulla logica che governa la diversificazione dei neuroni. Lo studio è stato pubblicato su Nature.  

La corteccia cerebrale è la principale sede delle funzioni cognitive complesse ed è la porzione di cervello che più si è espansa e diversificata durante l’evoluzione umana. L’embriogenesi corticale è stata a lungo oggetto di studio: si tratta di un meccanismo intricato che comprende la generazione di molte classi cellulari tramite una serie di eventi finemente orchestrati nel tempo. Infatti, neuroni non si nasce, si diventa. Nell’utero, guidate da complessi meccanismi di segnalazione interna e ambientale, alcune cellule si separano dalle altre e diventano progenitori neurali, ovvero cellule da cui si svilupperanno i neuroni. A tempo debito, questi progenitori smettono di proliferare e si differenziano in neuroni immaturi, migrano verso le loro posizioni finali e lì completano lo sviluppo, emettendo i caratteristici prolungamenti e formando connessioni con altre cellule. Durante questo processo il neonato neurone deve affrontare numerose “scelte” che ne definiranno l’identità finale. Queste “scelte” si manifestano nell’alterazione dell’espressione genica: a seconda della classe a cui apparterranno, i neuroni progressivamente spengono e accendono geni diversi. Sapere quali siano di preciso queste variazioni, e secondo quali criteri avvengano, è una domanda ancora aperta.

Per comprendere la dinamica nel suo insieme, i gruppi di Arlotta e Regeve hanno rivolto uno sguardo complessivo al processo di sviluppo neuronale, catalogando quotidianamente i cambiamenti genetici delle singole cellule. L’utilizzo di tecniche di genomica avanzata (le cosidette single-cell RNA seq e spatial slide seq) ha permesso infatti di analizzare, con estrema precisione, i geni di volta in volta espressi da ogni cellula e di individuare la distribuzione spaziale di tali alterazioni, ovvero capire quali cellule stessero cambiando. Con l’aiuto di algoritmi computazionali, i ricercatori hanno poi tracciato un albero di ramificazioni che rappresentasse i percorsi di sviluppo delle diverse linee cellulari, individuando i punti critici in cui le strade di maturazione si biforcavano e l’insieme di geni (moduli) associati a questi bivi.

Questo studio ha consentito una visione dinamica degli eventi molecolari che avvengono durante lo sviluppo neuronale, eventi che danno vita contemporaneamente a centinaia di tipologie di neuroni. Tale visione si è concretizzata in un atlante da cui estrarre i primi principi meccanicisti che governano la formazione della corteccia cerebrale. In prospettiva, questa mappa è uno strumento di grande importanza per la comprensione delle origini delle anormalità legate a corticogenesi aberrante. Conoscere i geni che guidano i processi di differenziazione neurale è fondamentale, infatti, per capire cosa va storto nelle malattie del neurosviluppo. E quando invece va tutto secondo i piani, questa mappa è una piccola ma luminosa finestra che affaccia sul meccanismo con cui il nostro cervello genera la sua incredibile diversità.

Immagine in evidenza: {per gentile concessione del laboratorio di Paola Arlotta – Harvard University}