Identificato nella microglia un processo legato alla neurodegenerazione

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 02 dicembre 2017.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

La microglia, il tipo più enigmatico ed affascinante di cellule della glia del sistema nervoso centrale, è sostanzialmente una popolazione eterogenea di cellule fagocitiche che svolge importanti ruoli nell’omeostasi funzionale del cervello e nella plasticità neuronica, oltre ad essere reclutata dal sistema immunitario per orchestrare risposte infiammatorie a segnali di pericolo. Numerosi studi negli anni recenti hanno evidenziato la partecipazione delle cellule microgliali ad alcuni dei più importanti processi fisiologici e patologici che riguardano il cervello dei mammiferi in generale e quello dell’uomo in particolare, accrescendo l’interesse della ricerca neurobiologica per l’esatta definizione dei ruoli delle cellule microgliali, soprattutto in funzione di una maggiore conoscenza dei processi neurodegenerativi.

Daniel C. Cole e undici colleghi hanno rilevato che, all’interno delle cellule della microglia, una funzione di editing dell’RNA, realizzata dalla deaminasi APOBEC1 e dal suo cofattore obbligato, interessa i livelli di espressione delle proteine necessarie per un’armoniosa funzione intracellulare e delle cellule supportate da quelle microgliali. La disattivazione genetica di Apobec1 determina una de-regolazione, dalla quale deriva nel sistema nervoso centrale una neurodegenerazione legata all’età. Tale stato patologico appare caratterizzato da un processo infiammatorio marcato, da mielinizzazione aberrante e da anomalie nei lisosomi dei neuroni e delle cellule microgliali; la progressione degli eventi fisiopatologici culmina in un declino cognitivo e motorio ingravescente.

Cole e colleghi affermano che i dati emersi dal loro lavoro forniscono un’evidenza potente a supporto del ruolo critico dell’editing dell’RNA mediato da APOBEC1 nel mantenere l’equilibrio tra le funzioni omeostatiche e le funzioni immuni della microglia attivata.

(Cole D. C., et al., Loss of APOBEC1 RNA-editing function in microglia exacerbates age-related CNS pathophysiology. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.1710493114, 2017).

La provenienza degli autori è la seguente: Neuroimmunology and Inflammation Program, Laboratory of Neuroendocrinology, Laboratory of Lymphocyte Biology, The Rockefeller Graduate Program,  The Rockefeller University, New York, NY (USA); Feil Family Brain and Mind Research Institute, Weill Cornell Medicine, New York, NY (USA); Division of Immune Diversity, German Cancer Research Center (DKFZ), Heidelberg (Germania).

La ricerca sulla microglia è straordinariamente cresciuta negli ultimi 25 anni, ossia da quando è stata accettata da tutta la comunità neuroscientifica l’esistenza di questo tipo cellulare come popolazione indipendente con un’identità specifica. La certezza che ha dato origine al grande sviluppo sperimentale attuale deve molto alla messa a punto di metodi istologici affidabili per l’identificazione, sulla base dei quali è stato possibile stabilire che dal 5% al 20% delle cellule gliali dell’intero sistema nervoso centrale è rappresentato dalla microglia. Un dato che deve far riflettere, anche perché, come è stato osservato da Graeber[1], se consideriamo grosso modo equivalenti per numero le cellule nervose e gliali, possiamo concludere che dal 2.5% al 10% di tutti gli elementi cellulari del sistema nervoso centrale è microgliale. Per la certezza, i metodi istologici di identificazione possono essere integrati dai dati ultrastrutturali: il rilievo di uno specifico marker può essere accostato agli elementi morfologici distintivi visualizzati mediante microscopia elettronica. Lo studio morfo-funzionale ha permesso di riconoscere 4 stati ben caratterizzati:

1)      stato di riposo (microglia ramificata), che caratterizza la microglia presente in tutto il sistema nervoso centrale normale e nelle aree indenni del cervello patologico;

2)      stato attivato (microglia reattiva), presente in condizioni patologiche ma non sempre caratterizzato da fagocitosi;

3)      stato di fagocitosi (microglia fagocitica), o dei “macrofagi rotondi cerebrali”;

4)      microglia distrofica, che costituisce la parte senescente della popolazione.

La capacità della microglia di mutare morfologia ed aspetto nei diversi stati funzionali ha fatto nascere un particolare lessico descrittivo, che annovera nomi suggestivi, quali: rod cells, gitter cells, globoid cells e ameboid cells. La microglia nello stato di riposo, ossia non attivata, nel cervello adulto può essere descritta sia in termini di morfologia che di fenotipo.

Le singole cellule sono ricche di prolungamenti altamente ramificati, con una piccola quantità di citoplasma perinucleare e un piccolo e denso nucleo eterocromatico. Possono facilmente essere riconosciute per l’immunofenotipo della loro superficie: rappresentano infatti l’unico tipo di cellule gliali che esprime costitutivamente il recettore CR3 del complemento (antigene CD11b) e lega le lectine con una specificità per i residui di galattosio. Al microscopio elettronico si riconosce agevolmente la natura di costituenti del parenchima cerebrale, perché al livello ultrastrutturale si vede che le cellule della microglia sono localizzate all’esterno della membrana basale vascolare. Allo stesso tempo, la microglia può essere considerata parte della glia limitante perivascolare in quanto i processi citoplasmatici microgliali vanno ad interdigitarsi tra i cosiddetti “piedi” astrocitari che formano lo strato limitante gliale.

Vi sono due fonti chiaramente definite di macrofagi cerebrali autoctoni: le cellule perivascolari e la microglia. La definizione “macrofago cerebrale” è infatti generica e comprende tutte le cellule fagocitiche presenti nel sistema nervoso centrale, inclusi i monociti derivati dal sangue, che possono entrare per lesioni della barriera emato-encefalica.

Nelle condizioni ordinarie di stato stabile, la microglia contribuisce in modo significativo al mantenimento dell’omeostasi, producendo citochine anti-infiammatorie e fattori neurotrofici, supportando la produzione di mielina, rimuovendo sinapsi danneggiate o inattivate e detriti cellulari; partecipa poi alla “cross-correction”, un processo mediante il quale si forniscono ai neuroni dei fattori chiave per eseguire la funzione autofagica lisosomiale.

Come sentinelle del sistema immunitario, le cellule della microglia agiscono anche quali rilevatori dei “segnali di pericolo” per la cellula, consistenti in insulti traumatici o patogenici. In questo caso si ha la nota conversione in microglia attivata che produce citochine pro-infiammatorie e recluta monociti e cellule dendritiche presso il sito del danno attraverso una breccia nella barriera emato-encefalica, oppure mediante i vasi linfatici. Il fallimento nella risoluzione efficace dell’attivazione della microglia può essere problematico e può portare allo sviluppo di infiammazione cronica, uno stato patologico che si ritiene possa esistere quale processo di fondo della fisiopatologia del sistema nervoso centrale nella patologia ereditaria cerebrale e nel declino cognitivo neurodegenerativo associato all’età.

In questa ambito di conoscenze si colloca la ricerca di Daniel C. Cole e colleghi, che dimostra come l’editing dell’RNA mediato da APOBEC1 si verifica all’interno della microglia ed è un processo-chiave per il mantenimento dello stato di quiescenza microgliale.

Come nei macrofagi derivati dal midollo osseo, l’editing dell’RNA nella microglia porta a cambiamenti complessivi nell’abbondanza delle proteine editate che coordinano la funzione di molte vie cellulari. Per converso, i topi mancanti della funzione di editing dell’RNA mediata da APOBEC1 nella microglia mostrano evidenze di perdita di regolazione con segni progressivi di neurodegenerazione legata all’età, caratterizzata da raggruppamenti a blocchi di cellule della microglia attivata, aumento dei processi infiammatori, mielinizzazione aberrante e anomalie lisosomiali di microglia e neuroni, che si esprimono in un fenotipo comportamentale caratterizzato da deficit cognitivi e motori.

L’insieme dei dati emersi dallo studio, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo del lavoro originale, identifica la modificazione post-trascrizionale mediante l’editing dell’RNA quale critico meccanismo regolatore di funzioni cellulari vitali per il mantenimento della fisiologia cerebrale.

In attesa di conferme ed ulteriori sviluppi si propone questo studio all’attenzione di docenti e discenti di discipline neuroscientifiche di base.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-02 dicembre 2017

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Graeber M. B., et al. Changing face of microglia. Science 330 (6005): 783-788, 2010.