Monitoraggio in tempo reale della morte dei neuroni motori nei pesci zebra

L'Apoptosi, o morte cellulare programmata, è un processo naturale che avviene in molti tessuti degli animali vivi. Nel sistema nervoso, aiuta a controllare il numero di cellule nervose. Durante le prime fasi dello sviluppo, molte cellule nervose muoiono tramite apoptosi. Questo processo è anche fondamentale quando si verificano malattie come l'Alzheimer e il Parkinson, dove la perdita di queste cellule nervose può disturbare le normali funzioni cerebrali.

Quando si verifica l'apoptosi, sia per segnali interni che per fattori esterni, si attivano degli enzimi chiamati caspasi, che scompongono i componenti della cellula. Questo processo colpisce le cellule nervose proprio come altri tipi di cellule. Tuttavia, poiché le cellule nervose hanno strutture speciali, in particolare estensioni lunghe chiamate assoni, ci sono ancora molte domande a cui dobbiamo rispondere sulla morte cellulare nei neuroni. Ad esempio, vogliamo capire come possiamo osservare la morte delle cellule nervose negli animali vivi, quanto velocemente vengono attivati alcuni enzimi durante la morte cellulare e se prima muore il corpo cellulare o l'assone di un neurone.

Per rispondere a queste domande, servono nuovi strumenti per monitorare la morte delle cellule nervose mentre avviene negli animali vivi.

#Sviluppo di un Nuovo Strumento

I ricercatori avevano precedentemente creato un sensore speciale basato sul trasferimento di energia da risonanza di fluorescenza (FRET) che può rilevare la morte delle cellule tumorali. Quando questo sensore viene utilizzato in laboratorio, cambia colore da verde a blu quando le cellule muoiono. Questa variazione può essere vista sia in colture cellulari 2D che 3D.

Recentemente, hanno applicato questa tecnologia per creare zebrafish sensori che consentono di monitorare in tempo reale la morte dei Neuroni motori in un organismo vivo. Questo sviluppo fornisce nuove informazioni su come e quando avviene la morte dei neuroni motori durante lo sviluppo degli zebrafish.

#Creare Zebrafish Sensori

I ricercatori hanno creato zebrafish sensori utilizzando uno strumento genetico chiamato sistema di trasposone Tol2. Hanno inserito il sensore FRET nello zebrafish in modo che solo i neuroni motori producessero questo sensore. Quando osservato sotto una luce speciale, il sensore consente ai ricercatori di vedere quando i neuroni motori sono vivi o morti.

A un certo punto dello sviluppo, hanno trovato molti neuroni motori nel midollo spinale dello zebrafish. Un'analisi più approfondita di queste cellule ha mostrato un gruppo di loro che lavoravano insieme, con i loro corpi cellulari disposti in un fascio e i loro assoni che si estendevano verso singoli blocchi muscolari.

#Osservare l'Apoptosi nei Neuroni

Per scoprire se i neuroni motori stavano morendo durante lo sviluppo, sono state scattate immagini dello zebrafish vivo. I ricercatori hanno esaminato separatamente i segnali verdi e blu dai sensori. I segnali verdi indicavano che i neuroni erano vivi, mentre i segnali blu indicavano morte cellulare. Circa 30 ore dopo la fertilizzazione, alcuni corpi cellulari dei neuroni motori hanno cominciato a mostrare segnali blu, indicando che stavano morendo. Anche gli assoni mostravano segnali blu, confermando che entrambe le parti del neurone motore potevano subire apoptosi.

#Quanto Velocemente Avviene l'Apoptosi?

Le immagini scattate durante questo studio hanno mostrato che i segnali blu apparivano sia nei corpi cellulari che negli assoni dei neuroni motori morenti. L'imaging in time-lapse ha permesso ai ricercatori di osservare il processo da vicino. A un certo punto, sia il corpo cellulare che l'assone erano ancora vivi, ma solo pochi minuti dopo, hanno cominciato a cambiare colore e alla fine sono diventati blu.

Questo indicava che le cellule stavano morendo. Nei minuti successivi, le cellule morenti si sono scomposte in parti più piccole. I risultati hanno mostrato che il processo di morte cellulare avviene rapidamente e quasi simultaneamente sia nel corpo cellulare che nell'assone.

#Il Tasso di Morte dei Neuroni Motori

Studi precedenti suggerivano che un gran numero di cellule nervose normalmente muore durante le prime fasi dello sviluppo. Tuttavia, in questo studio, i ricercatori hanno trovato che solo circa il 2% dei neuroni motori è morto durante lo sviluppo degli zebrafish. Hanno contato il numero di neuroni morenti in momenti diversi e hanno notato che il picco della morte neuronale si è verificato tra le 30 e le 36 ore dopo la fertilizzazione, un periodo che coincideva con l'attività muscolare negli zebrafish.

Questo basso tasso di morte cellulare è sorprendente rispetto a studi precedenti su altri animali, che mostrano che circa la metà dei neuroni motori di solito muore durante lo sviluppo. Questa differenza potrebbe essere dovuta alle caratteristiche uniche degli zebrafish, o potrebbe riguardare problemi con i metodi tradizionali per rilevare la morte cellulare.

#Metodi Utilizzati per la Conferma

Per confermare i loro risultati, i ricercatori hanno impiegato una tecnica nota come colorazione TUNEL per identificare i neuroni morenti in sezioni congelate di zebrafish. Contrassegnando i neuroni con un particolare colorante verde, sono stati in grado di rilevare segnali rossi che rappresentavano apoptosi. Hanno analizzato migliaia di neuroni motori e hanno trovato che i loro risultati corrispondevano alle osservazioni fatte utilizzando il sensore FRET.

Inoltre, hanno esaminato specifici fattori di crescita noti per migliorare la salute dei neuroni. Quando hanno ridotto i livelli di questi fattori di crescita, non hanno visto un aumento significativo nel numero di neuroni morenti, suggerendo che i neuroni motori degli zebrafish non sono così vulnerabili alla morte durante le prime fasi dello sviluppo.

#Come Vengono Rimossi i Neuroni Morenti?

Una volta che i neuroni muoiono, è importante rimuovere i loro resti per prevenire infiammazioni e ulteriori problemi nel corpo. I Macrofagi, le cellule spazzine principali del corpo, di solito si occupano di questo processo. I ricercatori hanno esaminato se i macrofagi potessero essere trovati vicino ai neuroni motori morenti nello zebrafish.

Utilizzando due diversi tipi di zebrafish che consentivano la visualizzazione sia dei neuroni motori che dei macrofagi, hanno osservato che ci sono stati pochissimi casi in cui i macrofagi hanno inglobato i neuroni motori morenti. Questo indicava che il processo di pulizia delle cellule morte non era efficiente.

#Conclusione

Questo studio ha svelato nuovi metodi per monitorare la morte dei neuroni motori negli zebrafish vivi usando un sensore speciale. La ricerca ha mostrato che la Caspasi-3, una molecola chiave coinvolta nell'apoptosi, veniva attivata rapidamente sia nel corpo cellulare che nell'assone dei neuroni motori. Sorprendentemente, lo studio ha rivelato che solo circa il 2% dei neuroni motori moriva durante le prime fasi dello sviluppo, in contrasto con i risultati in altre specie.

Infine, i ricercatori hanno evidenziato un potenziale gap nella capacità dei macrofagi di rimuovere i neuroni morti nel midollo spinale, suggerendo che potrebbero esserci altri tipi di cellule che gestiscono questo processo di pulizia. Questo lavoro apre la strada a ulteriori ricerche su come avviene la morte neuronale e su come comprendere meglio le condizioni neurodegenerative in futuro.