Il ruolo degli astrociti nelle malattie neurodegenerative

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 06 febbraio 2021.

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 patologia delle malattie neurodegenerative è tradizionalmente centrata sulla perdita di popolazioni neuroniche vulnerabili, considerata la conseguenza di processi degenerativi neuronici autonomi dalla cellula. E questo nucleo di interesse principale, nella ricerca e nelle trattazioni di patologia cellulare e molecolare del sistema nervoso centrale umano a proposito della malattia di Alzheimer, della malattia di Parkinson, della sclerosi laterale amiotrofica, della degenerazione lobare frontotemporale e di molte altre, con ogni probabilità sarà conservato ancora per qualche anno. Tuttavia è facile prevedere, soprattutto per la grande mole di nuove acquisizioni ottenute dalla ricerca negli ultimi venti anni, che progressivamente la focalizzazione tenderà a spostarsi dai meccanismi neuronici acclarati a quelli gliali, prima ignorati, poi trascurati per difficoltà di collocazione in un quadro di conoscenze “neurone-centrico”, ed ora delineati parzialmente, ma con una precisione crescente.

I progressi nella comprensione della funzione gliale, la disponibilità di modelli sperimentali sempre più fedeli e completi nella riproduzione di elementi, tratti e caratteri patologici delle malattie umane, lo sviluppo di nuovi approcci per derivare glia e neuroni da cellule staminali pluripotenti indotte ottenute dai pazienti, nell’insieme, stanno facendo emergere una nuova visione. Evidenze emergenti dalla ricerca corrente forniscono supporto alla nozione che meccanismi non-cell autonomous contribuiscano in modo significativo alla perdita di cellule nervose nella patologia neurodegenerativa e che la glia partecipa con un ruolo causale alla patogenesi e alla progressione di queste malattie.

Oltre al ruolo della microglia, indagato da più tempo e già incluso nei testi didattici di patologia, stanno emergendo ruoli degli astrociti, la cui importanza investe tutte le fasi della patogenesi del danno e merita di essere conosciuta in dettaglio, in quanto potrebbe far mutare l’approccio terapeutico attuale a queste gravi malattie del sistema nervoso centrale.

Cigdem Acioglu, Lun Li e Stella Elkabes hanno fatto il punto delle conoscenze attraverso una rassegna accurata e aggiornata.

(Acioglu C., et al. Contribution of astrocytes to neuropathology of neurodegenerative diseases.  Brain Research - Epub ahead of print doi: 10.1016/j.brainres.2021.147291, 2021).

La provenienza degli autori è la seguente: The Reynolds Family Spine Laboratory, Department of Neurological Surgery, New Jersey Medical School, Rutgers, State University of New Jersey (USA).

Riprendiamo da una recensione della settimana scorsa una sintetica esposizione dei principali caratteri degli astrociti:

“Gli astrociti costituiscono le cellule prototipiche della macroglia del nostro encefalo, presenti nel sistema nervoso centrale di tutti i mammiferi e, pur con qualche differenza, in quello dei vertebrati inferiori. Gli astrociti protoplasmatici si riconoscono nella materia grigia per la loro morfologia caratterizzata da numerosi processi distribuiti intorno al soma cellulare ed estesi in forma più o meno radiale, in genere occupando un volume sferoidale, ed emanando lateralmente un gran numero di sottili e complesse diramazioni lamellari. La superficie (s) occupata da queste propaggini cellulari è straordinaria e, in proporzione, molto maggiore di quella occupata dal volume (v), con un rapporto s/v = 10-20 μm-1. Così, sebbene la frazione volumetrica occupata dall’astroglia nella corteccia cerebrale dei mammiferi non superi il 10-20%, i processi degli astrociti, con le branche laterali, entrano in contatto con la maggior parte della superficie dei neuroni corticali. Le cellule astrogliali dell’uomo conservano queste caratteristiche, essendo solo molto più grandi e complesse. In tutte le specie, almeno uno dei processi possiede dei “piedi terminali vascolari”, così che la superficie dei vasi del sistema nervoso centrale è virtualmente del tutto rivestita da placche dell’astroglia.

La densità delle cellule astrocitiche nella corteccia cerebrale del ratto – modello a basso grado di complessità del pallio di tutti i mammiferi – è considerevole, andando da 12.000 a oltre 30.000 mm-3. L’indice glia/neuroni della corteccia cerebrale, in gran parte determinato dai processi astrogliali, cresce al crescere dello spessore del tessuto.

Gli astrociti fibrosi sono presenti e importanti nei tratti di sostanza bianca encefalica, nel nervo ottico e negli strati di fibre nervose retiniche, in tutti gli animali con retine vascolarizzate. Un elemento che conferisce una forte caratterizzazione nelle immagini al microscopio è costituito da espansioni digitiformi degli astrociti fibrosi negli spazi perinodali degli assoni adiacenti. I processi cellulari degli astrociti fibrosi sono in genere più lunghi di quelli degli astrociti protoplasmatici, nel topo come nell’uomo.

Gli astrociti velati sono stati descritti nello strato granulare della corteccia cerebellare, dove ciascuno di essi avvolge con proprie membrane simili a veli sottili più “cellule granulo”, cioè i piccoli neuroni caratteristici del cervelletto. Astrociti velati sono presenti anche nel bulbo olfattivo.

Gli astrociti intralaminari sono presenti negli strati sopragranulari della corteccia cerebrale dell’uomo e di altri primati, ma sono assenti in tutti i mammiferi inferiori. Sono cellule astrogliali molto simili agli astrociti protoplasmatici degli strati più elevati della corteccia (I-III), ma sono caratterizzati da un lungo processo, che nasce dal lato interno del corpo cellulare, sito in genere nella lamina I, e scende per almeno due lamine, raggiungendo spesso la lamina IV, dove termina in un piccolo bulbo. Presi insieme, questi processi formano una palizzata. Tale struttura a palizzata degli astrociti intralaminari ha attratto l’attenzione di molti gruppi di ricerca, che stanno tentando di stabilirne il significato neurofunzionale. In attesa di risultati delle ricerche in corso, alla palizzata intralaminare è stato attribuito un verosimile ruolo nell’organizzazione colonnare della corteccia cerebrale: la struttura astrogliale ottimizzerebbe i processi dei moduli corticali. Intanto, in istopatologia, si rileva la distruzione della palizzata nella neurodegenerazione della malattia di Alzheimer. Infine, nello studio sperimentale dei traumi corticali si è osservato il danno di questa struttura di propaggini degli astrociti intralaminari.

Gli astrociti perivascolari, oltre a rappresentare con il fitto rivestimento di piedi terminali vascolari cellule privilegiate nella regolazione fisico-chimica del rapporto fra compartimento parenchimale encefalico e compartimento ematico, come gli astrociti della glia marginale nei confronti delle meningi, rappresentano una speciale struttura di limite e confine del tessuto neuro-gliale rispetto ad altre strutture; i dettagli del loro ruolo fisiologico sono ancora scarsamente definiti”[1].

La partecipazione dell’astroglia al danno che si sviluppa nelle malattie neurodegenerative è una nozione ormai classica della patologia del sistema nervoso centrale, ma solo di recente si è compreso che gli astrociti possono contribuire allo sviluppo delle malattie neurodegenerative partecipando ai processi patogenetici.

Infatti, sotto l’influenza di stimoli patologici presenti nel microambiente del sistema nervoso centrale affetto da una patologia neurodegenerativa, gli astrociti vanno incontro a cambiamenti morfologici, trascrizionali e funzionali, diventando reattivi.

Gli astrociti reattivi sono eterogenei ed esibiscono due fenotipi: 1) A1, neurotossici; 2) A2, neuroprotettivi. Studi degli anni recenti, mediante analisi trascrittomiche di singole cellule e singoli nuclei hanno scoperto nuovi fenotipi, al di là di A1/A2, specifici per tipo di patologia. Questo tipo di studi ha evidenziato la complessità delle risposte astrocitarie alla patologia neurodegenerativa.

È dimostrato che gli astrociti inducono neuroinfiammazione mediante PRRS (pattern recognition receptor signaling).

È ugualmente provato che un determinante di malattia è la perdita della normale funzione astrocitaria.

Cigdem Acioglu, Lun Li e Stella Elkabes discutono dettagliatamente il ruolo degli astrociti nei processi patogenetici, focalizzando l’attenzione principalmente sulla malattia di Alzheimer, sulla malattia di Parkinson, sulla demenza frontotemporale e sulla sclerosi laterale amiotrofica. Nel loro articolo vi sono anche sintesi schematiche degli elementi comuni e diversi nei meccanismi astrocitari che probabilmente guidano i processi della patogenesi e della progressione delle malattie.

La visione emergente dall’insieme dei nuovi studi indica le cellule dell’astroglia quali potenziali bersagli per nuove strategie di intervento terapeutico. Gli autori dello studio concludono affermando che una conoscenza estesa ed esaustiva di tutti gli aspetti dei meccanismi che hanno per protagonisti gli astrociti nella patologia neurodegenerativa, in particolare gli aspetti di eterogeneità cellulare e complessità fenotipica per ciascuna malattia, potrà facilitare la definizione di nuove terapie molto più efficaci di quelle attualmente in uso.

 

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-06 febbraio 2021

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Note e Notizie 06-02-21 Come gli astrociti modulano la memoria.