(SLA-Immagine: a sinistra, i motoneuroni (verdi) aprono un percorso attraverso i vasi sanguigni (rossi) mentre crescono verso i muscoli sviluppando topi sani. A destra, questo processo viene interrotto nei topi in cui la mutazione genetica impedisce ai vasi sanguigni di rilevare i segnali che dicono loro di allontanarsi).
I ricercatori del Salk hanno scoperto che i neuroni navigano nel corpo in un modo che è influenzato dai geni che controllano le cellule dei vasi sanguigni, che sono entrambi necessari ai neuroni e si mettono sulla loro strada.
Quando si formano i neuroni coinvolti nel movimento, chiamati motoneuroni, devono costruire connessioni che vanno dal cervello, dal tronco encefalico o dal midollo spinale fino alla testa, alle braccia o alle punte delle dita dei piedi. Il modo in cui i neuroni navigano in questi sistemi e “decidono” dove e come crescere è stato in gran parte un mistero.
Ora, un nuovo studio collaborativo tra scienziati del Salk Institute e colleghi dell’Istituto Scientifico San Raffaele in Italia, mostra come i geni dei vasi sanguigni svolgano un ruolo fondamentale nello sviluppo dei motoneuroni dicendo ai vasi sanguigni di togliersi di mezzo.
I risultati, pubblicati il 7 ottobre 2022 sulla rivista Neuron, forniscono una nuova comprensione di come una relazione “push-pull” con i vasi sanguigni, in cui i neuroni in crescita attraggono i vasi sanguigni verso di loro mentre li spingono fuori strada, guida la crescita e lo sviluppo dei motoneuroni e, potenzialmente, di un’ampia varietà di tipi cellulari in tutto il corpo. La scoperta ha anche implicazioni per la comprensione delle malattie in cui le connessioni dei motoneuroni vengono distrutte, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o l’atrofia muscolare spinale (SMA).
“Questa scoperta rivela una serie di interazioni molecolari e cellulari che non erano state comprese prima”, afferma il co-autore Samuel Pfaff, Professore al Gene Expression Laboratory e titolare della Benjamin H. Lewis Chair al Salk. “La nostra scoperta di come questi geni regolano la crescita dei vasi sanguigni e lo sviluppo dei neuroni ha implicazioni che vanno dalla comprensione di come si formano altri circuiti cerebrali fino alla comprensione di come le cellule tumorali interagiscono con il loro ambiente”.
Le connessioni dei motoneuroni si formano durante lo sviluppo fetale. Questo processo di cablaggio del sistema nervoso è squisitamente preciso, con le cellule che creano trilioni di connessioni che raggiungono tutto il corpo. Eppure il processo genetico che dirige questo sviluppo è ancora poco compreso.
La ricerca precedente si è concentrata sul ruolo di geni specifici direttamente correlati ai motoneuroni e su come crescono. Ma per questo studio, gli scienziati hanno adottato un approccio più ampio, esaminando i geni sia all’interno che all’esterno del sistema nervoso.
I ricercatori hanno analizzato le mutazioni genetiche nei topi ed hanno esaminato da vicino i motoneuroni in via di sviluppo degli animali. Con loro sorpresa, hanno scoperto che i topi i cui motoneuroni non stavano crescendo correttamente avevano mutazioni che non colpivano il sistema nervoso, ma il sistema vascolare, che include i vasi sanguigni.
Nei topi sani, i motoneuroni possono crescere fuori dal midollo spinale e navigare attraverso i tessuti circostanti per raggiungere gruppi muscolari distanti. Tuttavia, gli scienziati hanno osservato che nei topi con mutazioni vascolari, i motoneuroni sembravano rimanere bloccati dietro una barriera di vasi sanguigni. Hanno scoperto che la mutazione aveva influenzato la capacità dei vasi sanguigni di percepire i neuroni in avvicinamento e di togliersi di mezzo.
“C’è una collisione tra assoni in crescita e cellule vascolari”, afferma il co-autore Dario Bonanomi, capogruppo di neurobiologia molecolare presso l’Istituto Scientifico San Raffaele di Milano, in Italia, ed ex Salk. “Quando si rimuove questo recettore dalle cellule dei vasi sanguigni, gli assoni motori entrano in collisione con i vasi sanguigni e il loro progresso verso i muscoli è compromesso e bloccato”.
La scoperta illumina la delicata danza dei neuroni in via di sviluppo, che hanno bisogno di attirare i vasi sanguigni per alimentare la loro crescita, respingendoli allo stesso tempo per allontanarsi. È importante affrontare gli ostacoli che devono essere superati nello sviluppo della “terapia sostitutiva” dei motoneuroni utilizzando le cellule staminali, un potenziale trattamento per le malattie in cui i motoneuroni degenerano, tra cui SLA e SMA.
In futuro, gli scienziati hanno in programma di esaminare la “diafonia” tra nervi e vasi sanguigni in altri contesti, nonché il modo in cui i sistemi nervoso e vascolare rispondono a ictus, lesioni cerebrali e malattie degenerative come la SLA e la SMA.
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Altri autori dello studio includevano Neal D. Amin di Salk; Luis F. Martins, Ilaria Brambilla, Alessia Motta, Stefano de Pretis, Ganesh Parameshwar Bhat, Aurora Badaloni e Chiara Malpighi dell’Istituto Scientifico San Raffaele in Italia; Fumiyasu Imai e Yutaka Yoshida del Burke Neurological Institute di New York; e Ramiro D. Almeida dell’Università di Coimbra in Portogallo.
Questo lavoro è stato finanziato dall’European Research Council (grant 335590), dal Premio per lo sviluppo professionale della Fondazione Giovanni Armenise-Harvard, dall’Howard Hughes Medical Institute Investigator Award, dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke (RO1 NS123160-01), dal Sol Goldman Charitable Trust e la cattedra Benjamin H. Lewis in Neuroscienze.
Fonte:Neuron
