Immagine: Bassem Hassan
Bassem Hassan ed il suo team alla VIB / KU Leuven hanno scoperto un meccanismo finora sconosciuto che è altamente conservato tra le specie e che regola la neurogenesi attraverso un preciso controllo temporale delle attività di una famiglia di proteine essenziali per lo sviluppo del cervello: le proteine proneurali. Questo meccanismo, una semplice modificazione chimica reversibile, è critica per la produzione di un numero sufficiente di neuroni, la differenziazione e lo sviluppo del sistema nervoso.
Il nostro sistema nervoso è costituito da una sorprendente diversità di neuroni. Eppure solo un piccolo numero di proteine sono necessarie per generare e determinare l’identità di questi miliardi di neuroni. Un numero ancora più piccolo di proteine, chiamate proteine proneurali, avviano e regolano lo sviluppo del cervello e la neurogenesi (vale a dire la produzione di neuroni funzionali da cellule staminali neurali). Queste proteine proneurali sono fattori di trascrizione, nel senso che controllano l’espressione di altre proteine.
Esse sono espresse in modo molto transitorio durante la prima neurogenesi. Un aspetto fondamentale di questo sistema che rimane da chiarire è la precisa regolazione temporale dell’attività delle proteine proneurali e il modo in cui contribuiscono alla differenziazione neuronale. Come un piccolo insieme di proteine espresse in un periodo molto limitato di tempo controlla la generazione di un numero così elevato e diversificato di neuroni? Quali sono le cause e gli effetti della espressione transitoria di queste proteine? E, infine, è questo meccanismo, che consente lo sviluppo del sistema nervoso, conservato tra le specie diverse?
Precedenti studi sulla Drosophila, o moscerini della frutta e sui topi, hanno dimostrato che l’espressione di proteine proneurali inizia a livelli molto bassi nelle cellule staminali neurali, da allora in poi un c’è un incremento di auto-attivazione. Questo improvviso aumento si ferma molto rapidamente. L’attività delle proteine proneurali ha quindi due caratteristiche: ampiezza significativa che si spiega facilmente con l’ auto-attivazione e una durata limitata. Come può una proteina che attiva automaticamente la propria espressione scomparire al picco di tale espressione? I risultati suggeriscono l’esistenza di un meccanismo che fi no ad ora era sconosciuto che sostituisce l’auto-attivazione e sincronizza l’ampiezza e la durata dell’espressione proteica proneurale. Per rispondere a queste domande, il team di Bassem Hassan ha studiato il controllo e il meccanismo di espressione della proteina proneurale durante lo sviluppo della retina nella Drosophila. Le proteine in questione controllano la differenziazione dei neuroni della retina da cellule staminali neurali.
I ricercatori hanno scoperto un meccanismo binario che può inattivare le proteine proneurali: una modificazione chimica reversibile (fosforilazione) in una parte della proteina che è altamente conservata tra specie diverse, dalla frutta ai topi, agli esseri umani. È questo meccanismo che consente la creazione di una rete di neuroni funzionali.
Infatti, la soppressione della fosforilazione altera l’attività delle proteine proneurali, causando cambiamenti dell’espressione di geni bersaglio, che impedisce lo sviluppo normale del cervello. Questi cambiamenti interferiscono con la segnalazione tra i neuroni e hanno un impatto negativo sulla loro numero e la loro diversità. È interessante notare che l’inibizione di questo meccanismo produce variazioni quantitative nell’espressione di geni bersaglio. Il controllo temporale delicato e preciso della neurogenesi è apparentemente regolato da un equilibrio tra quantità di proteine proneurali attive e inattive.
Questi risultati, confermati in un altro modello sperimentale, pertanto rivelano l’esistenza di un meccanismo che è altamente conservato tra le specie ed è universale, e che regola la neurogenesi e la generazione di un numero sufficiente e diversificato di neuroni durante lo sviluppo cerebrale.
Le mutazioni che impediscono questa modificazione chimica causa malattie che interessano lo sviluppo del sistema nervoso. Il chiarire il meccanismo potrebbe quindi eventualmente consentire lo sviluppo di soluzioni terapeutiche. Inoltre, per tutta la vita, gli adulti generano nuovi neuroni che aiutano a mantenere tutte le loro capacità cognitive e svolgono un ruolo fondamentale nella memoria. Comprendere il ruolo di questo meccanismo durante la neurogenesi nell’adulto, aprirebbe una via promettente nella lotta contro le malattie degenerative.
Fonte: http://www.vib.be/en/news/Pages/Neurogenesis—Discovery-of-a-new-regulatory-mechanism.aspx
