Un nuovo studio, apparso su eLife il 7 febbraio 2019, offre agli scienziati un nuovo strumento per la ricerca fondamentale sull’ evoluzione del cervello.
Gli scienziati del Salk Institute hanno paragonato lo sviluppo delle cellule cerebrali tra umani e primati non umani in un modo nuovo, per capire che cosa ci rende umani e da dove viene questa misteriosa proprietà di “umanità”.
Gli umani sono geneticamente simili agli scimpanzé e ai bonobo, tuttavia esistono evidenti differenze comportamentali e cognitive. Ora, i ricercatori del Salk Institute, in collaborazione con i ricercatori del dipartimento di antropologia dell’UC San Diego, hanno sviluppato una strategia per studiare più facilmente lo sviluppo precoce dei neuroni umani rispetto ai neuroni dei primati non umani.
“Questo studio fornisce approfondimenti sull’organizzazione evolutiva del cervello e pone le basi per ulteriori analisi comparative tra umani e primati non umani“, dice Rusty Gage,uno degli autori senior dello studio e Presidente Salk che detiene anche il Vi e John Cattedra Adler per la ricerca sulle malattie neurodegenerative legate all’età.
Due importanti processi nello sviluppo del cervello includono la maturazione e la migrazione dei neuroni. La maturazione coinvolge la crescita dei neuroni mentre i neuroni aumentano le loro connessioni tra loro per una migliore comunicazione. La migrazione è il movimento fisico dei neuroni in diverse parti del cervello in via di sviluppo. Gli autori hanno cercato di confrontare la maturazione dei neuroni e la migrazione tra umani e primati non umani.
Per portare a termine questo compito, il laboratorio Gage ha ideato un nuovo metodo utilizzando la tecnologia delle cellule staminali. Hanno prelevato le cellule della pelle dai primati per indurle, tramite un virus e cocktail chimici, a svilupparsi in cellule progenitrici neurali che possono trasformarsi in diversi tipi di cellule del cervello, inclusi i neuroni. Queste nuove linee cellulari dei primati consentono ai ricercatori nuove vie per studiare aspetti dello sviluppo neuronale di neuroni vivi senza campioni di tessuto di primati in via di estinzione come scimpanzé e bonobo.
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“Questa è una nuova strategia per studiare l’evoluzione umana“, dice Carol Marchetto, uno scienziato dello staff senior del Salk nel Laboratorio di Genetica, co-autore e uno degli autori senior dello studio. “Siamo felici di condividere queste linee cellulari primate con la comunità scientifica, in modo che i ricercatori di tutto il mondo possano esaminare lo sviluppo del cervello dei primati senza l’uso di campioni di tessuti. Prevediamo che questo porterà a numerose nuove scoperte nei prossimi anni sul evoluzione del cervello“.
I ricercatori hanno prima esplorato le differenze nell’espressione genica correlate al movimento neuronale, confrontando cellule umane, di scimpanzé e bonobo. Hanno anche studiato le proprietà di migrazione dei neuroni inerenti a ciascuna specie. Hanno trovato 52 geni legati alla migrazione e, curiosamente, i neuroni di scimpanzé e bonobo hanno avuto periodi di rapida migrazione, mentre i neuroni umani erano lenti a muoversi.
Al fine di confrontare il movimento e la maturazione dei neuroni al di fuori di una piastra di laoratorio, gli scienziati hanno trapiantato le cellule progenitrici neurali degli umani e degli scimpanzé nel cervello dei roditori, consentendo ai neuroni di prosperare e fornire ulteriori segnali evolutivi per lo sviluppo dei neuroni.
I ricercatori hanno quindi analizzato le differenze nella distanza di migrazione, nella forma e nella dimensione dei neuroni fino a 19 settimane dopo il trapianto. Hanno osservato la lunghezza, la densità e la quantità delle estensioni dei neuroni chiamati dendriti, così come le dimensioni dei corpi cellulari, che ospitano il nucleo e il DNA.
I neuroni degli scimpanzé sono migrati a una distanza maggiore e coperto un’area del 76% più grande dei neuroni umani dopo due settimane. I neuroni umani sono stati più lenti a svilupparsi, ma hanno raggiunto lunghezze maggiori rispetto ai neuroni degli scimpanzé. Questo modello di crescita più lento può consentire agli esseri umani di raggiungere più pietre miliari dello sviluppo rispetto ai primati non umani, che potrebbero spiegare le differenze nel comportamento e nelle abilità cognitive.
In futuro, gli autori sperano di costruire un albero evolutivo di più specie di primati, utilizzando linee di cellule staminali pluripotenti indotte, per comprendere meglio l’evoluzione del cervello umano. Inoltre, gli autori prevedono di utilizzare questa piattaforma per studiare le differenze di regolazione dei geni tra le specie di primati che sono alla base delle differenze nella maturazione neuronale e possono potenzialmente avere un impatto sull’organizzazione del cervello negli esseri umani.
“Abbiamo una conoscenza limitata dell’evoluzione del cervello, specialmente quando si tratta di differenze nello sviluppo cellulare tra le specie”, afferma Marchetto. “Siamo entusiasti delle enormi possibilità che questo lavoro apre per il campo delle neuroscienze e dell’evoluzione cerebrale”.
Fonte, elifesciences
