Ogni neurone conserva una sorta di “codice a barre molecolare” che riflette l’ordine in cui e’ stato generato durante lo sviluppo e contribuisce a determinarne l’identita’. A rivelare questo principio di organizzazione del sistema nervoso e’ la piu’ completa mappa molecolare finora realizzata del cordone nervoso del moscerino della frutta, Drosophila melanogaster, struttura equivalente al midollo spinale dei vertebrati. Il risultato e’ stato ottenuto da un gruppo di ricerca dell’Istituto di Neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano, Cnr-In, e dell’MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, nel Regno Unito, ed e’ pubblicato sulla rivista Nature.
Lo studio e’ stato guidato da Erika Dona’ del Cnr-In insieme a Sebastian Cachero e Greg Jefferis dell’MRC Laboratory of Molecular Biology. La scoperta indica che l’ordine con cui i neuroni vengono generati non rappresenta soltanto una sequenza temporale dello sviluppo, ma lascia nelle cellule una vera e propria impronta molecolare, che contribuisce alla costruzione della diversita’ del sistema nervoso. “Abbiamo scoperto che ogni neurone conserva una sorta di ‘codice a barre molecolare’ che riflette l’ordine in cui e’ stato generato durante lo sviluppo. Questo meccanismo, gia’ ipotizzato in parte nel midollo spinale dei mammiferi, emerge qui per la prima volta a livello dell’intero sistema nervoso, offrendo una prospettiva globale su come nasce e si organizza la diversita’ neuronale”, ha spiegato Dona’.
Una delle questioni fondamentali delle neuroscienze riguarda infatti il modo in cui un sistema nervoso riesca a produrre migliaia di tipi differenti di neuroni e successivamente a organizzarli in circuiti capaci di svolgere funzioni specifiche. Per affrontare il problema, i ricercatori hanno utilizzato Drosophila melanogaster, uno degli organismi modello piu’ importanti per lo studio del cervello. Negli ultimi anni il moscerino della frutta e’ stato il primo animale per il quale e’ stata ricostruita l’intera rete delle connessioni neuronali, il cosiddetto connettoma. Conoscere le connessioni tra i neuroni, tuttavia, non permette da solo di spiegare come il sistema nervoso venga costruito e come ciascuna cellula acquisisca la propria identita’. La nuova mappa aggiunge quindi una dimensione molecolare alla ricostruzione anatomica, consentendo di mettere in relazione le caratteristiche dei neuroni con la loro storia durante lo sviluppo. L’analisi ha mostrato che ogni neurone conserva una firma molecolare associata al proprio ordine di nascita. Il momento nel quale una cellula nervosa viene generata lascia quindi una traccia riconoscibile nella sua identita’ molecolare. Secondo i ricercatori, questo meccanismo offre un nuovo principio organizzativo per comprendere come venga prodotta la diversita’ neuronale: cellule generate in momenti differenti possono acquisire programmi molecolari differenti e dare origine a popolazioni neuronali specializzate.
Lo studio ha inoltre fatto luce sui meccanismi che producono le differenze tra il sistema nervoso maschile e quello femminile. Analizzando contemporaneamente individui dei due sessi, i ricercatori hanno scoperto che la morte programmata di specifiche cellule durante lo sviluppo svolge un ruolo molto piu’ esteso di quanto previsto nella formazione dei neuroni presenti esclusivamente nei maschi. I risultati mostrano inoltre che neuroni nati nello stesso momento possono seguire programmi genetici differenti nei due sessi, acquisendo connessioni e caratteristiche diverse. L’identita’ finale di una cellula nervosa dipenderebbe quindi dall’interazione tra il momento della sua nascita e i programmi genetici attivati durante lo sviluppo. La possibilita’ di integrare queste informazioni con il connettoma della Drosophila apre ora la strada alla costruzione di una descrizione sempre piu’ completa del sistema nervoso, nella quale alle connessioni e alla posizione di ciascun neurone possano essere associate anche la sua identita’ molecolare e la sua funzione. Il progetto mette inoltre a disposizione della comunita’ scientifica una piattaforma online aperta che consente di esplorare, analizzare e scaricare i dati raccolti. La risorsa permettera’ di integrare informazioni sull’identita’ molecolare, l’anatomia e le funzioni dei neuroni e potra’ contribuire a verificare quanto i principi individuati nel moscerino della frutta siano condivisi anche da sistemi nervosi piu’ complessi. Il lavoro, pubblicato su Nature con il titolo “A global molecular code for birth order and neuronal identity in Drosophila”, fornisce cosi’ un nuovo strumento per affrontare una delle domande centrali della neurobiologia dello sviluppo: comprendere come da una popolazione iniziale di cellule possa emergere l’enorme varieta’ di neuroni necessaria alla costruzione di un sistema nervoso funzionante. I risultati indicano che l’ordine di nascita lascia nei neuroni una memoria molecolare che contribuisce a stabilire la loro identita’.
