Immagine: credit: Pixabay (free licence).
Quando gli embrioni di animali, insetti o umani crescono in un ambiente malnutrito, i loro sistemi nervosi in via di sviluppo ottengono la prima scelta di tutti i nutrienti disponibili in modo che possano essere creati nuovi neuroni.
In questo processo, chiamato risparmio di organi, le risorse sono preferibilmente delegate al sistema nervoso al costo del sacrificio di organi o tessuti meno importanti.
Una nuova ricerca ora mostra che lo sviluppo di sistemi nervosi dimostra questa crescita preferenziale anche a livello dei singoli neuroni.
In un articolo pubblicato su eLife, il team riferisce di aver scoperto il meccanismo molecolare che aiuta a facilitare il risparmio di organi . “I fenomeni che abbiamo riscontrato sono simili ai fenomeni di risparmio del cervello, ma ci sono differenze molto importanti”, ha affermato Chun Han, autore senior e Professore associato Nancy M. e Samuel C. Fleming nel Dipartimento di Biologia Molecolare e Genetica nel College of Agriculture and Life Sciences e nel Weill Institute for Cell and Molecular Biology. “I neuroni sono protetti a livello di crescita e diventano sempre più grandi estendendo i loro rami”. Quei rami sono chiamati dendriti. Formano un sistema di braccia elaborate che si estendono dai corpi cellulari dei neuroni e possono ricevere stimoli dall’ambiente esterno. Han e il suo team volevano esaminare in che modo la carenza di nutrienti influisce sulla crescita dei dendriti dei singoli neuroni, quindi esaminare quali sacrifici cellulari fanno i corpi in modo che gli organi vitali, incluso il cervello, continuino a svilupparsi. Hanno utilizzato la larva di Drosophila (mosca della frutta) in gruppi che hanno ricevuto una dieta che simulava ambienti ricchi di nutrienti e poveri di nutrienti. Quindi hanno osservato come si sono sviluppate le cellule neurali rispetto alle cellule cutanee vicine sulla parete del corpo. Hanno monitorato i progressi ogni 24 ore utilizzando la microscopia confocale che utilizza i laser per illuminare marcatori fluorescenti che etichettano le singole cellule.
Vedi anche: Trattamento una tantum genera nuovi neuroni, elimina la malattia di Parkinson nei topi
“Abbiamo marcatori che identificano specificamente queste popolazioni di neuroni”, ha detto Han. “Ogni neurone è molto chiaro per noi – fino a ogni singolo ramo”.
I ricercatori hanno osservato che i neuroni sono cresciuti a un ritmo molto più elevato rispetto alle cellule della pelle nell’ambiente a basso livello di nutrienti. Le cellule della pelle sono cresciute più velocemente quando c’era meno competizione per i nutrienti. Han e il suo team hanno appreso che questa differenza è dovuta a un gene critico chiamato FoxO, un importante regolatore della risposta allo stress cellulare.
“FoxO è un gene che si esprime praticamente nella maggior parte delle cellule del corpo”, ha detto Han. “Quando le cellule affrontano problemi legati a scarsi nutrienti, FoxO mette un freno al sistema e rallenta la crescita cellulare”. La cosa particolarmente interessante di FoxO è che solo perché la maggior parte delle cellule ce l’hanno, non significa che tutti lo utilizzino contemporaneamente o nelle stesse condizioni. Il team di Han ha scoperto che anche durante la malnutrizione, i neuroni della Drosophila esprimevano molto poco FoxO, mentre le cellule epidermiche esprimevano FoxO a livelli molto più alti.
Quando ci sono meno nutrienti disponibili, FoxO innesca una risposta nelle cellule epidermiche chiamata autofagia, che dice alla cellula di autodistruggersi consumandosi. Tuttavia, l’espressione limitata di FoxO nei neuroni preserva le singole cellule neurali e la crescita dei loro dendriti. E anche se gli esseri umani hanno sistemi più complessi della Drosophila, Han ha affermato che questa ricerca aiuta a spianare la strada allo studio di un fenomeno simile nell’uomo.
“Il nostro studio rivela un altro strato di sistema nervoso risparmiato sotto carenza di nutrienti e scopre un nuovo meccanismo con cui i neuroni sono protetti”, dice Han. “Questi risultati possono facilitare lo sviluppo di approcci migliori per trattare i problemi causati dalla malnutrizione durante lo sviluppo iniziale.
Questa ricerca è stata supportata da un fondo startup Cornell e due borse di studio del National Institutes of Health.
Fonte: Cornell University
