Proteina Wnt5a, sviluppo cerebrale e malattie genetiche rare

neuroni - Foto di GerardLa proteina segnale Wnt5a ha un ruolo chiave nel dirigere il comportamento delle cellule staminali neurali affinché si differenzino in neuroni GABAergici. Tale differenziamento è promosso dai geni Dlx che, se alterati, portano allo sviluppo di malattie genetiche rare.

Da una ricerca Telethon sul ruolo delle mutazioni a carico dei geni Dlx nelle malattie genetiche rare, sono emerse interessanti scoperte che gettano nuova luce sui complessi meccanismi che portano alla formazione di particolari cellule nervose, gli interneuroni GABAergici, le cui alterazioni risultano coinvolte nello sviluppo di numerose malattie genetiche come la corea di Huntington e malattie dall’origine complessa come l’epilessia.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Journal of Neuroscience, è stato condotto da un team di ricercatori italiani dell’Università degli Studi di Torino guidato dal dott. Giorgio Merlo in collaborazione con la prof.ssa Elena Cattaneo dell’Università degli Studi di Milano e con il dott. Enzo Calautti dell’Università degli Studi di Torino.

Durante lo sviluppo del cervello, il bilancio tra proliferazione e differenziamento delle cellule neurali progenitrici (NPCs) risultano regolati dall’interazione tra programmi cellulari geneticamente determinati e fattori ambientali locali.

I ricercatori hanno capito che i fattori di trascrizione dell’omeogene Dlx controllano in modo diretto la genesi e la maturazione degli interneuroni GABAergici in diverse aree cerebrali come il bulbo olfattivo, la base del telencefalo e la corteccia.

Un omeogene o gene omeotico è un gene che, durante lo sviluppo di un organismo animale, regola altri geni adibiti allo sviluppo del piano strutturale dell’organismo affinché ogni parte del corpo abbia una precisa identità. I geni omeotici sono attivi in specifici segmenti corporei di cui presiedono il corretto sviluppo. Una mutazione di un gene omeotico determina malformazioni morfologiche dell’organismo in evoluzione.

Utilizzando un modello murino con mutazioni dei geni Dlx, il gruppo di ricerca Telethon ha scoperto che i geni Dlx promuovono il differenziamento degli interneuroni GABAergici mediante la regolazione dell’espressione della proteina segnale Wnt5a. In particolare, i geni Dlx2 e Dlx5 interagiscono con le sequenze di legame dei domini dei geni omeotici nel locus Wnt5a e ne attivano la trascrizione. La proteina Wnt5a favorisce inoltre il differenziamento dei neuroni GABAergici sia in vivo – nei neuroni del bulbo olfattivo sia in vitro – in colture d’organo.

Gli interneuroni sono neuroni posti tra un neurone sensorio e un neurone motorio, in una catena neuronale. Sono responsabili della complessità delle risposte – modulazione e integrazione.

Sebbene poco sia noto sull’identità e l’attività delle molecole segnale che partecipano ai processi di migrazione e di differenziamento delle cellule staminali neurali, i ricercatori hanno scoperto un legame tra l’attività dei geni Dlx e la funzione della proteina Wnt5a, in vitro e in vivo: i risultati dello studio dimostrano un ruolo diretto di Wnt5a nel differenziamento cellulare e dimostrano che l’espressione di Wnt5a è regolata in modo diretto da Dlx5.

Dlx sono un gruppo di geni da anni al centro di ricerche portate avanti grazie ai fondi Telethon. Le mutazioni a carico di questi geni sono responsabili di malattie genetiche rare caratterizzate da difetti morfologici dello scheletro già durante lo sviluppo fetale, come per esempio la mancata saldatura del palato e le malformazioni di mani e di piedi.
Proprio nel corso delle ricerche, gli scienziati hanno osservato che i geni Dlx conferiscono alle cellule NPCs la capacità di differenziarsi in neuroni GABAergici e risultano pertanto essenziali per orchestrare la migrazione e il differenziamento degli interneuroni in alcune regioni del cervello.

I neuroni GABAergici sono di fondamentale importanza nel sistema nervoso, le alterazioni della quantità e qualità di queste cellule oltre che nella fase di differenziamento a partire dalle cellule staminali neurali, risultano associate a malattie come la corea di Huntington, la sindrome di Rett, l’epilessia, la sindrome fetale alcolica e forse l’autismo.

Dalle ricerche emerge che anche l’ambiente cellulare circostante è importante per una maturazione corretta delle cellule NPCs in neuroni GABAergici.

I ricercatori Telethon contano di proseguire gli studi allo scopo di capire nel dettaglio i meccanismi che portano le cellule staminali neurali a differenziarsi in rapporto con i geni Dlx e la proteina Wnt5a. Questa sarà la base che permetterà alla ricerca di mettere a punto nuove strategie terapeutiche affinché il differenziamento delle cellule staminali in neuroni GABAergici vada a buon fine.

Acido gamma-amminobutirrico e i neuroni GABAergici

L’acido gamma-amminobutirricoGABA – è il principale e più abbondante neurotrasmettitore inibitorio del sistema nervoso centrale dei mammiferi ed è responsabile della regolazione dell’eccitabilità neuronale in tutto il sistema nervoso.
Questo aminoacido viene liberato dai neuroni dei circuiti locali presenti nel cervello, i neuroni GABAergici, i quali formando principalmente sinapsi asso-assoniche con i neuroni eccitatori.
La distribuzione del GABA nel SNC non è uniforme, infatti sono state riscontrate le massime concentrazioni nella substantia nigra, nel globo pallido, nell’ipotalamo, nei corpi quadrigemini, nella corteccia cerebrale, nel cervelletto e nell’ippocampo. Il GABA è presente anche nelle cellule gliali.

Il GABA è dato dalla decarbossilazione dell’acido glutammico ad opera dalla glutammato decarbossilasi, sintetizzato a livello citoplasmatico viene poi immagazzinato nelle vescicole presenti nella porzione terminale degli assoni. Il GABA viene liberato dalle vescicole sinaptiche sia spontaneamente sia in seguito a stimolazione nervosa (con meccanismo calcio-dipendente) e poi, a livello sinaptico sono presenti specifici meccanismi di re-uptake che pongono fine all’azione inibitoria post-sinaptica. Perciò, svolta la sua azione, il GABA viene catabolizzato dall’enzima GABA-alfa-chetoglutarico transaminasi che lo deammina a semialdeide e questa viene ossidata ad acido succinico dalla deidrogenasi semialdeide succinica NAD-dipendente. Il gruppo amminico viene trasferito dalla GABA-alfa-chetoglutarico transaminasi a una molecola di alfa-chetoglutarato per formare l’acido glutammico che viene riutilizzato per sintetizzare nuovo GABA.

Esistono 3 tipi di recettore per il GABA: GABAA, GABAB e GABAC, tutti hanno effetti inibitori. Questi recettori differiscono fra loro per profilo farmacologico, struttura molecolare e meccanismo di trasduzione del segnale.
I recettori GABAA sono recettori canale permeabili allo ione cloro e risultano importanti poiché presentano siti di legame per benzodiazepine e barbiturici; i GABAB sono accoppiati a proteine G inibitorie e i GABAC sono recettori canali presenti essenzialmente nella retina.
I recettori per il GABA sono molto importanti dal punto di vista farmacologico poiché rappresentano il bersaglio di molti farmaci come ad esempio i sedativi, i miorilassanti, gli ipnotici e gli anti-epilettici.

Fonti

S. Paina, D. Garzotto, S. DeMarchis, M. Marino, A. Moiana, L. Conti, E. Cattaneo, M. Perera, G. Corte, E. Calautti, G. Merlo, “Wnt5a is a transcriptional target of Dlx homeogenes and promotes differentiation of interneuron progenitors in vitro and in vivo”. Journal of Neuroscience, 2011.

Si ringrazia Telethon per la collaborazione.