I neuroni immaturi preferiscono i cervelli grandi

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21/07/2020
I neuroni immaturi preferiscono i cervelli grandi

eLife, 21 luglio 2020
I neuroni immaturi preferiscono i cervelli grandi
La corteccia cerebrale dei mammiferi con encefalo di grandi dimensioni contiene un pool di neuroni giovani e indifferenziati

Chiara La Rosa1,2, Francesca Cavallo1, Alessandra Pecora1, Matteo Chincarini3, Ugo Ala2, Chris G. Faulkes4, Juan Nacher5, Bruno Cozzi6, Chet C. Sherwood7, Irmgard Amrein8,9, Luca Bonfanti1,2*

Per imparare nuove cose o riparare in seguito a lesioni, il cervello ha bisogno della plasticità: la capacità di cambiare l’architettura e le connessioni dei circuiti nervosi durante l’intera vita dell’individuo.

Una via per acquisire plasticità è la creazione di nuove cellule nervose (neurogenesi adulta) ma questo processo, a differenza di ciò che avviene nei topi, è raro nell’uomo. È inoltre assente nella neocorteccia, una regione che consente lo svolgimento delle più elevate funzioni cognitive e cherisulta molto espansa nelle specie con cervelli grandi, dove garantisce la stabilità necessaria a mantenere memorie a lungo termine.

Si ritiene che nelle neocortecce molto espanse (inclusa quella umana) la plasticità possa avvenire solo modificando i contatti tra neuroni preesistenti (plasticità sinaptica). Un meccanismo alternativo consiste nel mantenere alcune cellule nervose in uno stato di “immaturità”. Questi “neuroni immaturi” possono risvegliarsi dopo molto tempo e maturare, entrando a far parte dei circuiti nervosi. L’aggiunta di neuroni senza divisione cellulare (cioè senza produrne di nuovi) garantirebbe la plasticità essendo tuttavia compatibile con la stabilità richiesta dalla corteccia cerebrale.

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Nei topi, i neuroni immaturi sono presenti soltanto in una piccola parte “antica” della corteccia cerebrale (paleocorteccia), mancando nella neocorteccia. In questo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista eLife, i ricercatori guidati da Luca Bonfanti e Chiara La Rosa (nella foto qui a destra) del nostro gruppo di Neurogenesi adulta si sono chiesti se il numero e la sede dei neuroni immaturi possano variare tra le specie animali, e se tali variazioni siano in relazione con le dimensioni del cervello. L’analisi ha interessato 12 specie di mammiferi, da quelle con cervello piccolo e liscio a quelle con cervello grande e ricco di solchi(indice di grande espansione della neocorteccia) fino ai primati.

Identificando i neuroni immaturi con tecniche di microscopia e specifici marcatori molecolari nelle sezioni ottenute da 84 encefali, lo studio ha rivelato che i cervelli più grandi contengono quantità molto maggiori di queste cellule “giovani” rispetto ai topi. La differenza è evidente proprio nella regione della neocorteccia che, nei primati e nell’uomo, consente lo svolgimento delle funzioni più complesse.

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Neuroni immaturi dello strato II della neocorteccia di pecora, marcati per doublecortin (rosso) e PSA-NCAM (verde)

Questi risultati identificano i neuroni immaturi come una potenziale riserva di plasticità nella corteccia cerebrale, rappresentando una forma nuova e “alternativa” di neurogenesi. La Rosa e Bonfanti sperano che questo lavoro possa ispirare la ricerca di una simile “riserva” anche nell’uomo, aprendo nuove strade per la prevenzione e il trattamento delle demenze senili.

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Quei neuroni immaturi, una speranza contro l'invecchiamento del nostro cervello

Uno studio coordinato dai ricercatori del NICO (Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi) dell'Università degli Studi di Torino ha messo a confronto la plasticità cerebrale di 12 specie di mammiferi

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Alcuni aspetti dei neuroni immaturi corticali sono conservati tra i mammiferi mentre la loro quantità è maggiore nelle specie con cervello grande. (A) Alcune caratteristiche sono costanti tra i mammiferi (a sinistra), mentre l’estensione nella corteccia (al centro) e la quantità totale (a destra) variano notevolmente, aumentando dai cervelli piccolo a quelli grandi. (B) Principal Component Analysis (PCA); le diverse specie sono disposte secondo gli ordini. Le specie animali sono identificate dai diversi colori. (C) Mappa dell’evoluzione sull’albero filogenetico illustrante l’emergenza indipendente delle densità di cellule DCX+ nella neocorteccia nelle specie di mammiferi considerate.

1 Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi (NICO), Orbassano, Italy;
Department of Veterinary Sciences, University of Turin, Torino, Italy;
Università degli Studi di Teramo, Facoltà di Medicina Veterinaria, Teramo, Italy;
School of Biological and Chemical Sciences, Queen Mary University of London, London, United Kingdom;
5 Neurobiology Unit, BIOTECMED, Universitat de Valencia, and Spanish Network for Mental Health Research CIBERSAM, Valencia, Spain;
6 Department of Comparative Biomedicine and Food Science, University of Padova, Legnaro, Italy;
7 Department of Anthropology and Center for the Advanced Study of Human Paleobiology, The George Washington University, Washington DC, United States;
8 D-HEST, ETH, Zurich, Switzerland;
9 Institute of Anatomy, University of Zurich, Zurich, Switzerland

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