Scoperti nel cervello rapporti clonali e fenotipici tra cellule

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 05 marzo 2022.

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]

 

Nel cervello dei mammiferi una sottile lamina di progenitori neuroepiteliali genera tutta la straordinaria gamma di cellule specializzate che crea la meravigliosa e intricata architettura microscopica e macroscopica che impegnerà ancora per centinaia di anni i ricercatori prima di essere del tutto decifrata[1]. Comprendere la “ragione neurobiologica” della diversità cellulare strutturale e funzionale è un’impresa ardua: Camillo Golgi con il suo metodo di impregnazione detta “colorazione nera” diede a Ramon y Cajal, che ottenne a pari merito con lui il Premio Nobel,  la possibilità di ricostruire al microscopio il celeberrimo atlante del sistema nervoso centrale dell’uomo e dei vertebrati, che costituì la prima grande disillusione, perché fece comprendere che la via della morfologia da sola non avrebbe condotto molto lontano.

Da allora, si sono sviluppate tutte le branche principali delle neuroscienze sperimentali, dalla neurochimica alla neurocitologia, dalla neurobiologia molecolare alla neurogenetica, dall’elettrofisiologia all’istofisiologia del “brainbow”, e ciascuna ha fornito un contributo. Oggi sappiamo quanto sia complesso il compito che attende la ricerca, ma si comincia a vedere la luce in fondo al tunnel grazie alla trascrittomica che consente di rivelare l’identità molecolare delle singole cellule, fornendo allo stesso tempo un connotato distintivo e un suggerimento circa il ruolo svolto.

Un nuovo studio, condotto sul topo da Michael Ratz e colleghi coordinati da Jonas Frisén, ha impiegato la trascrittomica di singole cellule combinata con la trascrittomica spaziale, giungendo a risultati di notevole interesse.

(Ratz M., Clonal relations in the mouse brain revealed by single-cell and spatial transcriptomics. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/s41593-022-01011-x, 2022).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Institute, Stockholm (Svezia); Department of Biochemistry and Biophysics, National Bioinformatics Infrastructure Sweden, Science for Life Laboratory, Stockholm University, Solna (Svezia); Science for Life Laboratory, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm (Svezia).

La trascrittomica di singole cellule, nello studio del sistema nervoso centrale e della composizione cellulare del cervello in particolare, ha rivelato centinaia di tipi cellulari differenti in termini molecolari, ma se e come queste peculiarità delle singole cellule costituiscano un contrassegno di tipologia non è stato chiarito, in quanto non si conoscono i rapporti fra queste tipi molecolari e le linee di sviluppo cellulare, che portano dai progenitori alla differenziazione, ad esempio, in cellule piramidali dell’ippocampo o della corteccia, in cellule di Purkinje del cervelletto, in interneuroni a canestro, in astrociti del centro ovale di Vieussens, in oligodendrociti dei fasci di proiezioni o in cellule microgliali residenti. I risultati degli studi di trascrittomica finora condotti richiedono perciò di essere interpretati in funzione del significato citologico e istologico noto, e costituito dai rapporti della morfologia microscopica con le dinamiche dell’ultrastruttura e con la fisiologia molecolare.

Jonas Frisén, Michael Ratz e colleghi, usando la trascrittomica di singole cellule combinata con la trascrittomica spaziale, hanno mostrato il “codice a barre” in vivo dei progenitori precoci per ottenere simultaneamente il profilo fenotipico delle cellule e le relazioni clonali nel cervello di topo.

Il paziente lavoro di ricostruzione di migliaia di cloni nel neuroepitelio dell’ippocampo murino ha consentito ai ricercatori di scoprire cellule progenitrici dal destino ristretto o, meglio, indirizzato mediante limitazione delle potenzialità verso una linea cellulare di differenziazione matura. Questa straordinaria ricostruzione clonale ha consentito di rilevare e dimostrare l’origine della microglia: le cellule microgliali sono derivate da pochi precursori mieloidi che si espandono massicciamente per generare la vasta progenie che occupa tutto l’encefalo con le modalità e le caratteristiche tradizionalmente studiate negli individui adulti delle varie specie.

Un merito di questo studio è consistito nella combinazione della trascrittomica spaziale con il barcoding clonale, che ha consentito di sciogliere nodi, intrecci e intrichi delle linee di sviluppo, così da permettere l’identificazione dei pattern migratori di cellule fra loro collegate da rapporti clonali in sezioni di tessuto cerebrale densamente etichettato.

L’approccio di Jonas Frisén, Michael Ratz e colleghi consente accurate, estese, dense ed esaustive ricostruzioni dei fenotipi cellulari e dei rapporti clonali al livello di singole cellule e di tessuto, in singoli animali, e fornisce anche una nuova modalità integrata per analizzare e conoscere l’architettura del sistema nervoso centrale.

 

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-05 marzo 2022

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Una stima, basata sul ritmo delle scoperte e sul presuntivo ammontare dei dati da acquisire, ha stimato in passato il tempo necessario a decodificare in termini molecolari e cellulari l’organizzazione delle reti del sistema nervoso centrale nell’ordine dei 300 anni (in S. Giaquinto – comunicazione al Congresso Nazionale di Neuroriabilitazione Cognitiva presso il San Raffaele Pisana in Roma, 2003).