Incorporati in tutto il sistema gastrointestinale, una vasta gamma di neuroni che costituisce il sistema nervoso enterico, coordina quasi tutte le attività coinvolte nella digestione, motilità intestinale e risposta a stimoli nocivi. Queste cellule costituiscono il sistema nervoso enterico (ENS) e trasmettono segnali dall’intestino al cervello, ma sono rare e fragili, il che le rende difficili da isolare e studiare.
Un team guidato da ricercatori del Broad Institute of MIT, di Harvard e del Massachusetts General Hospital ha ora superato queste sfide con nuovi metodi che hanno sviluppato per generare una mappa unicellulare dell’ENS negli esseri umani e nei topi.
Analizzando l’attività genica in questi singoli neuroni, gli scienziati deducono che i neuroni nell’intestino comunicano con una varietà di altri tipi di cellule, comprese le cellule immunitarie. I ricercatori hanno anche scoperto che i geni chiave associati alla malattia sono espressi in queste cellule.
I risultati suggeriscono che l’ENS è un hub centrale che collega i sistemi nervoso intestinale, immunitario e centrale e svolge un ruolo importante nei disturbi allergici, infiammatori e della motilità dell’intestino, nonché nelle malattie che colpiscono il cervello.
Lo studio di questo tipo di interazioni neuroimmuni è la fase successiva della Food Allergy Science Initiative, una collaborazione di ricerca multiistituzionale, ospitata presso Broad, che cerca di comprendere le basi biologiche delle allergie alimentari e incoraggiare lo sviluppo di nuovi trattamenti. L’iniziativa ha contribuito a sostenere il nuovo studio.
“Apprendendo cosa sta succedendo nell’ENS, possiamo capire meglio come il sistema comunica con cellule epiteliali, immunitarie e altre cellule e generare nuovi modi per trattare la disfunzione all’interno dell’intero sistema”, ha detto Ramnik Xavier, co-senior del Broad core Institute autore dello studio, Direttore del programma di immunologia e co-Direttore del programma di malattie infettive e microbiomi al Broad, ricercatore al Massachusetts General Hospital e Kurt Isselbacher Professore di Medicina presso la Harvard Medical School.
Il lavoro appare questa settimana su Cell, guidato dai primi autori Eugene Drokhlyansky, Christopher Smillie e Nicholas Van Wittenberghe del Klarman Cell Observatory (KCO) presso il Broad Institute.
Caccia monocellulare
Lo studio dei neuroni enterici è stato difficile in parte perché sono rari, fragili e difficili da isolare dal tessuto circostante.
Per superare questi ostacoli, il team ha ideato due nuovi metodi per studiare l’ENS nei topi e nell’uomo basati sulla risoluzione di una singola cellula: RAISIN RNA-seq e MIRACL-seq. RAISIN (Ribosomes And Intact Single Nucleus) RNA-seq che è un protocollo di laboratorio per l’isolamento di singole cellule che preserva sia i nuclei cellulari che i loro ribosomi attaccati (il meccanismo di produzione delle proteine della cellula), fornendo uno sguardo più completo all’RNA all’interno della cellula. MIRACL-Seq (Mining Rare Cells) consente quindi ai ricercatori di cercare in modo più efficiente tipi di cellule rare e di raccoglierle dopo aver dissociato un campione di tessuto complesso.
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Insieme, queste tecniche hanno consentito al team di profilare 5.068 neuroni enterici di topo e 1.445 umani, oltre a diversi tipi di cellule intestinali di entrambe le specie. I ricercatori possono applicare questi metodi a campioni di tessuto freschi e congelati e potrebbero utilizzare le tecniche per profilare tipi cellulari rari in una gamma di tessuti oltre l’intestino.
“La creatività e la tenacia del nostro team nello sviluppo di queste nuove tecniche ci ha permesso di costruire e convalidare un quadro completo del sistema nervoso enterico, sia nei topi che negli esseri umani”, ha detto l’autore co-senior Orit Rozenblatt-Rosen, Direttore senior di Broad genomica unicellulare e Direttore scientifico del KCO. “Questi dati ci consentiranno di comprendere meglio i ruoli del sistema nervoso enterico in una varietà di malattie e di individuare i tipi di cellule in cui agiscono i fattori di rischio genetico per queste malattie”.
All’interno dell’ENS
L’analisi del team ha rivelato dozzine di sottoinsiemi distinti di neuroni nel sistema nervoso enterico e ha mostrato che la composizione delle cellule e la loro espressione genica variavano in base alla regione anatomica dell’intestino, all’età e persino all’ora del giorno in cui è stato prelevato il campione.
I dati suggeriscono anche più nuovi circuiti tra diversi sottotipi di neuroni e cellule circostanti. Le connessioni trovate tra i neuroni enterici e il sistema immunitario potrebbero aiutare a guidare lo studio futuro su come il sistema nervoso potrebbe essere coinvolto nella malattia gastrointestinale e perché alcune malattie del sistema nervoso centrale, come il disturbo dello spettro autistico e il morbo di Parkinson, hanno una disfunzione intestinale come un sintomo precoce.
Astratto Grafico
Xavier afferma che lo studio di questi neuroni enterici potrebbe fornire nuove informazioni sulla sindrome dell’intestino irritabile, sui disturbi allergici e sulla neuropatia enterica inspiegabile (compromissione o degradazione dei nervi dell’apparato digerente).
“In molti modi, i neuroni enterici potrebbero essere paragonati al direttore di un’orchestra”, ha detto Xavier. “Ad esempio, i pazienti con allergie alimentari spesso sviluppano dolore addominale, nausea, vomito e diarrea, il tutto in un tempo molto breve, suggerendo che i neuroni enterici hanno percepito qualcosa di sbagliato e attivato un sistema di allarme precoce. Prendere di mira queste cellule potrebbe potenzialmente essere un modo per ridurre le risposte allergiche al cibo e ad altri allergeni “.
Fonte:Medicalxpress
