Nel cervello adulto dei mammiferi, la maggior parte delle cellule staminali neurali, che hanno origine dal sistema nervoso e possono trasformarsi in vari tipi di cellule cerebrali, rimangono dormienti finché non ricevono segnali specifici che le attivano. Una volta risvegliate, producono nuovi neuroni, aiutando la riparazione e la crescita del cervello. I difetti nell’attivazione delle cellule staminali neurali sono associati al declino cognitivo correlato all’invecchiamento e a disturbi dello sviluppo neurologico come l’autismo o la microcefalia, una condizione in cui la testa di un bambino è molto più piccola perché il suo cervello non si è sviluppato correttamente. I disturbi dello sviluppo neurologico colpiscono circa il 5% dei bambini e degli adolescenti in tutto il mondo e portano a deficit cognitivi, comunicativi, comportamentali adattivi e capacità psicomotorie. Gli scienziati della Duke Medical School e della National University of Singapore, hanno scoperto un nuovo percorso per risvegliare le cellule staminali neurali dormienti, offrendo potenziali nuove terapie per i disturbi dello sviluppo neurologico.
Per studiare questa attivazione, gli scienziati si sono rivolti alla Drosophila o ai moscerini della frutta. Similmente ai mammiferi, le cellule staminali neurali dei moscerini della frutta rimangono dormienti finché non vengono risvegliate. Le loro scoperte hanno dimostrato che un tipo di cellula gliale chiamata astrociti è importante per risvegliare le cellule staminali neurali dormienti nel cervello dei moscerini della frutta. Utilizzando la microscopia a super risoluzione con un potere di ingrandimento 10 volte superiore, il team di scienziati ha esaminato le minuscole strutture fibrose che sono un segno distintivo delle cellule staminali neurali dormienti dei moscerini della frutta. Queste strutture sottili, di circa 1,5 µm di diametro (20 volte più sottili di un capello umano), sono protrusioni che si estendono dal corpo cellulare e sono ricche di filamenti proteici di actina. Uno specifico tipo di proteina, Formina, può attivare questi filamenti e farli assemblare. Gli scienziati hanno deciso di concentrarsi su questo percorso poiché le varianti nei livelli di Formina sono associate a disturbi dello sviluppo neurologico come la microcefalia negli esseri umani.
Gli scienziati hanno osservato che gli astrociti rilasciano un tipo di proteina di segnalazione chiamata Folded gastrulation o Fog, che innesca una reazione a catena che include l’attivazione del percorso proteico Formin per controllare il movimento dei filamenti di actina. In definitiva, questi processi risvegliano le cellule staminali neurali dal loro stato dormiente. Quindi iniziano a dividersi, creando nuovi neuroni che contribuiscono alla riparazione e allo sviluppo del cervello. La proteina recettore denominata GPCR nelle cellule staminali neurali risponde quindi a Fog secreta dagli astrociti, attivando il percorso di segnalazione che controlla la formazione di filamenti di actina nelle cellule staminali neurali. I GPCR hanno ruoli importanti nei processi cellulari di base. Di conseguenza, i recettori GPCR sono diventati un importante bersaglio farmacologico per i trattamenti di varie malattie umane: il 34% dei farmaci conosciuti ha come bersaglio questa famiglia di proteine. Pertanto, comprendere come questo percorso di segnalazione controlla la riattivazione delle cellule staminali neurali può fornire una potenziale strategia per l’utilizzo di farmaci esistenti per trattare i disturbi dello sviluppo neurologico.
I ricercatori del Centre for Genomic Regulation hanno scoperto un trattamento che accelera la produzione e la qualità delle cellule staminali pluripotenti nei topi. Questa scoperta ha il potenziale per migliorare la modellazione delle malattie e i test sui farmaci per gli individui con due cromosomi X; donne, uomini transgender o uomini con un cromosoma X in più nella sindrome di Klinefelter. La ricerca coinvolge cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), che possono diventare qualsiasi tipo di cellula nel corpo, rendendole una risorsa altamente versatile e preziosa nella ricerca e nella medicina. Consentono agli scienziati di studiare le malattie in laboratorio e sviluppare trattamenti personalizzati. Hanno anche il potenziale per sostituire tessuti danneggiati o malati. Negli esseri umani, la creazione di cellule staminali pluripotenti indotte comporta la riprogrammazione di cellule adulte specializzate come le cellule della pelle in uno stato pluripotente, lavoro che è stato riconosciuto con un premio Nobel al dott. Shinya Yamanaka nell’anno 2012. Tuttavia, creare cellule staminali in questo modo è un compito laborioso e poche cellule raggiungono un vero stato pluripotente.
I ricercatori hanno scoperto che l’aggiunta di interferone gamma (IFNγ) a una coltura di cellule precursori neurali di topo, un tipo di cellula che si trasforma in diversi tipi di neuroni, ha ridotto di un giorno il tempo necessario per riprogrammare le iPSC, risparmiando tempo e risorse. La scoperta è sorprendente perché è normalmente noto che l’IFNγ aiuta il corpo a rispondere alle infezioni, ad esempio attivando le cellule immunitarie e promuovendo l’infiammazione in risposta alla presenza di un virus. È la prima volta che si dimostra che funziona nel contesto completamente diverso della programmazione cellulare.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
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