Perché il cervello umano è il più evoluto?

18 Ottobre 2019
Perché il cervello umano è il più evoluto?

Se il cervello umano è il più evoluto sulla Terra, il merito è di un enzima.

Una nuova scoperta su un tema che ha sempre destato tanta curiosità nel mondo scientifico. Il risultato della ricerca è stato portato a casa da un gruppo di ricercatori italiani dell’Istituto europeo di oncologia (Ieo) e dell’Università degli Studi di Milano, guidati da Giuseppe Testa, direttore del laboratorio Cellule staminali ed Epigenetica all’Ieo, professore di Biologia molecolare alla Statale e direttore del Centro di Neurogenomica dello Human Technopole.

Il team ha scoperto il ruolo dell’enzima GSK3 nelle funzioni specifiche del cervello umano, indagando per la prima volta cosa accade nelle fasi precoci del nostro sviluppo cerebrale, attraverso tecnologie di frontiera come gli organoidi. Lo studio è appena stato pubblicato su ‘Stem Cell Reports’.

“GSK3 è un enzima che, grazie alla sua capacità di ‘accendere’ o ‘spegnere’ l’attività di svariate proteine bersaglio, svolge un ruolo fondamentale nella regolazione di molteplici processi biologici, fra cui quelli che causano i tumori – spiega Testa – la particolarità di questa affascinante proteina è quella di regolare i meccanismi di sopravvivenza e morte delle cellule con modalità complesse e dipendenti dal tipo di cellula. Per saperne di più, siamo quindi andati a indagare un altro processo in cui GSK gioca un ruolo chiave: lo sviluppo dei neuroni che compongono la corteccia cerebrale. Qui abbiamo scoperto che GSK3 si trova al crocevia dei meccanismi di proliferazione cellulare, che permettono di espandere il numero di cellule progenitrici, e di quelli che determinano la loro trasformazione in neuroni maturi”.

“Le mutazioni a carico del gene che codifica per GSK3 – sottolinea – sono infatti associate a diversi disordini neuropsichiatrici, tra i quali autismo, schizofrenia, disordine bipolare e disturbo depressivo maggiore. Ciò che ci ha permesso di investigare eventi così complessi e intrinsecamente legati all’unicità del sistema nervoso umano è stata l’adozione di un innovativo modello sperimentale: gli organoidi cerebrali, o mini-cervelli in provetta”.

“Si tratta di colture cellulari tridimensionali – precisa Alejandro López-Tobón, co-autore dello studio -. Partendo da cellule staminali pluripotenti umane, in grado di generare tutte le cellule del nostro organismo, e guidando il loro differenziamento tramite l’utilizzo di un apposito cocktail di molecole, è infatti possibile ottenere strutture che si sviluppano simulando accuratamente l’organizzazione spaziale e temporale di molteplici tipi di cellule che compongono la corteccia cerebrale fetale umana”.

“Durante questo processo di sviluppo – continua Carlo Emanuele Villa – gli organoidi sono stati esposti a un trattamento cronico con un inibitore selettivo di GSK3 per indagare il suo contributo nei processi chiave che regolano, durante lo sviluppo fetale, l’espansione della corteccia cerebrale. Il trattamento con la molecola inibitrice ha mostrato una profonda alterazione della distribuzione spaziale dei diversi tipi di cellule che si sviluppano negli organoidi, impedendo la formazione delle caratteristiche strutture organizzate di progenitori che supportano i neuroni nella migrazione verso la loro destinazione finale nella corteccia”.

La corteccia cerebrale è la parte più esterna del nostro cervello ed è sede di funzioni cognitive complesse, quali il pensiero cosciente. Oltre a essere la regione cerebrale più recente dal punto di vista evolutivo, è anche quella che, a causa della notevole espansione delle sue dimensioni, più contraddistingue come unico il cervello degli esseri umani quando paragonato ad altri animali. La ragione per cui nell’uomo si è verificata una massiccia espansione nel numero di neuroni nella corteccia cerebrale risiede nell’evoluzione di un particolare tipo di progenitori neuronali chiamati ‘outer radial glia’, i quali hanno una capacità di generare nuovi neuroni maggiore rispetto ad altre classi di progenitori. Questo tipo di cellule è però assente nei roditori e il loro studio è stato finora limitato dalla carenza di modelli sperimentali adeguati.



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