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Molecular Mechanisms of Cerebral Cortex Development

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Il tracciamento genetico fornisce indizi sullo sviluppo del complesso insieme di circuiti del cervello

Una particolare tecnica che prevede un marcatore genetico ha chiarito meglio come si generano le cellule nervose nel cervello in fase di sviluppo e come esse formino i circuiti che determinano il comportamento e l’attività cognitiva.

Ricerca di base
Salute

Il cervello è composto da miliardi di cellule di tipi diversi, organizzate in reti sofisticate che determinano le funzioni del cervello stesso. Alcuni scienziati finanziati dall’UE nell’ambito del progetto MOMECODE stanno adottando modalità originali per marcare particolari cellule, al fine di capire come le cellule nervose o neuroni si sviluppino e interconnettano durante lo sviluppo del cervello. Gli scienziati si servono di marcatori genetici per ottenere un codice colore e seguire il percorso dei neuroni che cercano la sede giusta in una particolare area del cervello, la corteccia cerebrale in fase di sviluppo. Quando da una cellula staminale neurale nasce un neurone, di solito migra a qualche distanza, verso l’area specifica in cui le cellule si raccordano nei cosiddetti circuiti” afferma Simon Hippenmeyer, professore assistente presso l’Institute of Science and Technology, in Austria, dove ha creato un laboratorio dopo essere tornato dalla Stanford University (Stati Uniti) e essersi ristabilito in Europa con una sovvenzione Marie Curie dell’UE. Una tecnica genetica denominata Mosaic Analysis with Double Markers (MADM) consente ai ricercatori di visualizzare piccoli gruppi di neuroni a livello di singola cellula e di manipolarli geneticamente allo stesso tempo,” spiega il dott. Hippenmeyer. Il confronto di cellule marcate in rosso e verde La tecnica aiuta i ricercatori a navigare attraverso dense reti e a seguire in modo preciso singoli neuroni. Nel genoma del topo, i marcatori di proteina fluorescente rossa e verde sono codificati per etichettare determinati tipi di neuroni; è inoltre possibile introdurre una mutazione genetica. Si confrontano poi i due neuroni sani di un colore e i neuroni malati dell’altro, per comprendere come le cellule si comportano in condizioni di salute e di malattia. “La tecnica MADM ci consente di effettuare tale operazione ad altissima risoluzione, permettendoci di effettuare determinati tipi di analisi quantitativa precedentemente impossibili,” dice il dott. Hippenmeyer. È tecnicamente problematico marcare una cellula e, al tempo stesso, introdurvi anche una modificazione genetica. “Non esiste alcuna tecnica paragonabile alla MADM che ci consenta di procedervi con facilità con un alto livello di precisione,” sottolinea il dott. Hippenmeyer, spiegando che di solito i ricercatori devono confrontare due animali diversi, uno malato e uno sano, invece di vedere le cellule una accanto all’altra in un “mosaico”. Produzione fissa di neuroni La capacità di conteggiare singole cellule ha condotto alla scoperta di un preciso periodo di fabbricazione di neuroni durante lo sviluppo del cervello. “A ogni singola cellula staminale corrisponde una produzione fissa di circa 8-9 neuroni, sempre uniforme,” riferisce il dott. Hippenmeyer. “Questa scoperta era inattesa, perché la maggior parte delle cellule staminali nei vari organi si riproduce a un tasso imprevedibile.” Le cellule staminali devono mettere a punto alla perfezione la loro produzione, per evitare che ce ne siano troppe o troppo poche, con il risultato di un cervello troppo grande o troppo piccolo; tale processo subisce una forte influenza genetica” afferma. “Stiamo cercando di capire i meccanismi naturali che, nelle cellule staminali, danno origine a un cervello delle dimensioni corrette.” Anche se gli esperimenti MOMECODE vengono condotti su topi da laboratorio, alla fine tale attività potrebbe chiarire meglio lo sviluppo del cervello umano e forse l’evoluzione. Molti disturbi psichiatrici potrebbero derivare da sottili cambiamenti nell’architettura del cervello. La tecnica che evidenzia le cellule potrebbe essere replicata, servendosi di geni candidati eventualmente disturbati in malattie psichiatriche o nella demenza; si potrebbe così vedere come tali cambiamenti incidono sul cervello. Tali approcci potrebbero chiarire meglio le basi delle malattie neuroevolutive e contribuire a comprendere perché lo sviluppo del cervello umano sia tanto sensibile.

Parole chiave

MOMECODE, cervello, sviluppo del cervello, neuroni, cognizione, comportamento, fluorofori, biomarcatore, cellule staminali, psichiatria

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