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 Rosa^1,2, Francesca Cavallo¹, Alessandra Pecora¹, Matteo Chincarini³, Ugo Ala², Chris G. Faulkes⁴, Juan Nacher⁵, Bruno Cozzi⁶, Chet C. Sherwood⁷, Irmgard Amrein^8,9, Luca Bonfanti^1,2*

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.

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.

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.

Sullo stesso argomento:

La Repubblica - 21 luglio 2020
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

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;
² Department of Veterinary Sciences, University of Turin, Torino, Italy;
³ Università degli Studi di Teramo, Facoltà di Medicina Veterinaria, Teramo, Italy;
⁴ 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