L’orologio dei neuroni

Quale meccanismo fa sì che diversi tipi di cellule nervose vengano generati a partire dalle stesse cellule progenitrici? La questione, su cui per ora si sa ben poco, è cruciale per poter un giorno utilizzare le cellule staminali pluripotenti per curare tessuti nervosi danneggiati. Un importante tassello nella soluzione del problema è stato trovato da un gruppo di ricercatori di Pisa, attivi tra la Scuola Normale Superiore e l’Università, che hanno pubblicato la loro ricerca sull’ultimo numero di PloS Biology.

Il gruppo di ricerca, guidato da Federico Cremisi, biologo della Normale, ha studiato lo sviluppo della retina in embrioni di rane del genere Xenopus. “Sappiamo che lo sviluppo del sistema visivo nelle rane è abbastanza simile a quello dei mammiferi, è controllato da geni molto conservati lungo l’evoluzione” spiega Cremisi giustificando la scelta di questo modello animale. Studiando l’espressione genica in questi embrioni (indagando cioè per mezzo di sensori biochimici quali geni sono attivi e quali no nelle diverse fasi dello sviluppo) hanno scoperto una sorta di “orologio molecolare” che regola la comparsa dei diversi tipi di cellule di cui è composta la retina (ganglioni, coni, bastoncelli e così via).

In pratica, è il momento in cui una cellula viene generata per divisione di una cellula pluripotente a determinare il suo destino, piuttosto che caratteristiche intrinseche della cellula o dell’ambiente circostante. Il gruppo di ricerca ha infatti dimostrato che tre geni chiave nel sistema nervoso centrale dell’embrione di rana, chiamati Xotx5b, Xvsx1 e Xotx2, vengono attivati in diversi momenti nelle cellule progenitrici, con una sequenza temporale che corrisponde alla comparsa dei fotorecettori (nel caso del primo gene) e delle cellule bipolari (nel caso degli altri due). Bloccando, per mezzo di opportune proteine, la progressione del ciclo cellulare, la generazione di fotorecettori e cellule bipolari viene seriamente danneggiata, e può essere recuperata fornendo alle cellule le proteine prodotte da quei geni.
A regolare questo meccanismo, che sembra dipendere solo dal tempo e non da caratteristiche intrinseche delle cellule o dall’ambiente chimico circostante, deve essere appunto un meccanismo molecolare (non ancora chiarito) che funzione appunto da orologio.

“Presumibilmente” continua Cremisi “questo orologio molecolare misura la lunghezza del ciclo cellulare, cioè la durata delle fasi che intercorrono tra due successive divisioni cellulari. Questo è legato all’età della cellula, perché cellule più giovani hanno un ciclo più breve”.

L’orologio controlla l’accensione sequenziale di geni chiave che trasformano le cellule embrionali in specifici tipi di neuroni, dando luogo prima ai fotorecettori come coni e bastoncelli, poi alle cellule bipolari, che costituiscono lo strato intermedio della retina. Ma laspetto forse più interessante della ricerca è il fatto che l’accensione avviene attivando la traduzione (la produzione di amminoacidi a partire dall’Rna messaggero), e non la trascrizione (la fase precedente, che dallo “stampo” del Dna produce l’Rna messaggero), dei geni. Vale a dire che le cellule embrionali della retina hanno tutte, sin dall’inizio, tutti gli Rna dei geni chiave, che non sono silenziati. Piuttosto, è la sintesi di proteine a partire da quegli Rna, cioè la traduzione, a venire attivata in tempi successivi. A parte un caso documentato nel moscerino della frutta, che è servito da ispirazione al lavoro di Cremisi e coleghi, questo è il primo caso descritto di questo tipo di attivazione sequenziale di geni, tanto nel sistema nervoso quanto in altri tessuti.
“I prossimi passi della ricerca saranno cercare lo stesso meccanismo anche in un modello di mammifero, come il topo” spiega Cremisi “e quindi verificare se sia presente anche in altre aree del cervello”. Gli altri firmatari dell’articolo sono Sarah Decembrini, Massimiliano Andreazzoli, Robert Vignali e Giuseppina Barsacchi, tutti dell’Università di Pisa.