Come un gene modella l'architettura del cervello umano
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I ricercatori di tutto il mondo stanno studiando come il cervello umano raggiunge la sua straordinaria complessità. Un team dell'Istituto Centrale di Salute Mentale di Mannheim e del Centro tedesco per i primati - Istituto Leibniz per la ricerca sui primati di Gottinga ha ora utilizzato degli organoidi per dimostrare che il gene ARHGAP11A svolge un ruolo cruciale nello sviluppo del cervello. Se questo gene manca, i processi chiave coinvolti nella divisione cellulare e nella struttura diventano sbilanciati.
Il cervello umano ci distingue dagli altri esseri viventi come nessun altro organo. Permette il linguaggio, il pensiero astratto, il comportamento sociale complesso e la cultura. Ma come si sviluppa questo organo straordinariamente potente e come si fa a garantire che le cellule nervose e quelle di supporto si formino esattamente nei punti giusti per creare la complessità del cervello umano? Un'équipe guidata dalla dott.ssa Julia Ladewig dell'Istituto Centrale di Salute Mentale (CIMH) di Mannheim e dal dott. Michael Heide del Centro tedesco per i primati (DPZ) di Göttingen ha indagato questa domanda a livello molecolare. In uno studio pubblicato sulla rivista Cell Reports, i ricercatori dimostrano che il gene ARHGAP11A svolge un ruolo chiave nell'organizzazione dello sviluppo cerebrale.
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Ordine nella banca delle cellule staminali: I ricercatori scoprono il ruolo centrale di ARHGAP11A
Nelle profondità del cervello in via di sviluppo si trova la zona ventricolare. Questa può essere descritta come una riserva di cellule staminali, poiché le cellule staminali specializzate vi producono continuamente nuove cellule nervose. Affinché queste cellule sappiano come dividersi, dove migrare e quando svilupparsi in cellule nervose, devono rimodellare costantemente la loro struttura interna, il citoscheletro. I ricercatori hanno ora scoperto che il gene ARHGAP11A svolge un ruolo chiave nel controllo di questi processi. Garantisce che le cellule staminali mantengano il loro orientamento durante la divisione cellulare e che l'architettura della zona ventricolare rimanga stabile.
Quando si perde l'orientamento
Senza ARHGAP11A, le cellule staminali perdono il loro ordine, si staccano dal tessuto troppo presto e iniziano a trasformarsi in cellule nervose. Questo porta a un esaurimento troppo rapido della riserva di cellule staminali. Di conseguenza, vengono a mancare importanti tipi di cellule, come le cellule di supporto, essenziali per la maturazione e la stabilità del cervello.
La proteina ARHGAP11A agisce come un interruttore molecolare. Regola le cosiddette Rho GTPasi, piccole molecole che controllano il citoscheletro e quindi determinano la formazione, la divisione e il movimento delle cellule. In questo modo, ARHGAP11A assicura che le cellule precursori mantengano la loro forma e si dispongano correttamente nella zona ventricolare.
Gli organoidi cerebrali forniscono informazioni cruciali
Per studiare in dettaglio questi meccanismi, i ricercatori hanno utilizzato gli organoidi cerebrali, ossia modelli del cervello umano coltivati in laboratorio a partire da cellule staminali. Ciò ha permesso di capire come ARHGAP11A modella l'architettura cellulare e come un'interruzione di questo meccanismo provochi malformazioni. I ricercatori sono riusciti a dimostrare che l'inibizione farmacologica a breve termine delle vie di segnalazione iperattive inverte parzialmente la malformazione. "Ciò dimostra che questo processo di sviluppo del cervello può essere influenzato in linea di principio", spiega il primo autore Yannick Hass, ricercatore dell'Hector Institute for Translational Brain Research (HITBR) e del CIMH di Mannheim.
Precisione senza pari grazie agli organoidi cerebrali
Lo studio dimostra che gli studi sui topi non possono replicare completamente la complessità dello sviluppo cerebrale umano. "Gli stessi effetti non sono stati rilevati nei tessuti dei topi dopo la perdita di ARHGAP11A. Questo sottolinea quanto siano diventati importanti i modelli di organoidi umani per la ricerca biomedica", afferma il dott. Michal Heide, responsabile del gruppo di lavoro Sviluppo ed evoluzione del cervello presso il Centro tedesco per i primati.
Anche la dott.ssa Julia Ladewig, responsabile del gruppo di ricerca sulle patologie cerebrali dello sviluppo presso il CIMH, sottolinea l'importanza di questo approccio: "Gli organoidi cerebrali ci danno l'opportunità di studiare lo sviluppo del cervello umano con una precisione senza precedenti. Questo ci permette di comprendere meglio le sue caratteristiche evolutive e di ottenere nuove conoscenze sui disturbi dello sviluppo e sulle malattie psichiatriche".
Consentire nuovi approcci diagnostici e terapeutici
A lungo termine, la ricerca dovrebbe aiutare a comprendere meglio i fattori di rischio genetici per i disturbi del neurosviluppo. Questi includono la microcefalia, in cui il cervello rimane insolitamente piccolo, e le eterotopie neuronali, in cui le cellule nervose migrano nei punti sbagliati durante lo sviluppo del cervello. Le conoscenze acquisite possono costituire la base per nuovi approcci diagnostici e terapeutici, contribuendo così al miglioramento a lungo termine del trattamento di queste malattie rare.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Hass, Y, Kniep, J, Hoffrichter, A, Marsoner, F, Eşiyok, N, Gasparotto, M, Pio Loco detto Gava, M, Artioli, A, Guida, C, Meuth, S G, Huttner, W B, Jabali, A, Heide, M and Ladewig, J (2025): ARHGAP11A Maintains Cortical Progenitor Identity Through RHOA–ROCK Signalling During Human Brain Development. Cell Reports, Volume 44, Issue 12, 116599
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