Capire le connessioni tra le cellule nervose e la schizofrenia

Il sistema nervoso, che include il cervello e il midollo spinale, subisce cambiamenti durante il suo sviluppo sia negli animali con colonna vertebrale (vertebrati) sia in quelli senza (invertebrati). Negli esseri umani, questi cambiamenti continuano dopo la nascita e coinvolgono l’eliminazione di connessioni non necessarie tra le cellule nervose, un processo particolarmente attivo nei primi due anni, ma che persiste fino alla tarda adolescenza. Problemi nel modo in cui queste connessioni vengono rimodellate possono contribuire ai disturbi mentali come la schizofrenia.

La schizofrenia è una malattia mentale seria che colpisce circa l'1% della popolazione. Spesso inizia nella tarda adolescenza o nei primi anni di età adulta ed è caratterizzata da sintomi come deliri, allucinazioni, isolamento sociale e problemi di pensiero. Gli studi di imaging cerebrale hanno dimostrato che cambiamenti strutturali nel cervello, come la perdita di certa materia cerebrale e spazi pieni di liquido ingranditi, possono verificarsi prima dell'insorgere dei sintomi, suggerendo che questi cambiamenti sono legati allo sviluppo del disturbo. Teorie precedenti hanno proposto che i cambiamenti nel cervello di chi soffre di schizofrenia derivino dall’eliminazione eccessiva di connessioni tra le cellule nervose.

Recenti ricerche hanno mostrato che l'attività eccessiva di specifiche cellule immunitarie nel cervello, chiamate microglia, può portare all'eliminazione di più connessioni del necessario nelle persone con schizofrenia. Questa ricerca ha messo in luce il ruolo delle cellule di supporto nel cervello, chiamate glia, che aiutano nel rimodellamento delle connessioni tra le cellule nervose durante lo sviluppo normale e nei disturbi mentali.

#Il Ruolo della Drosophila nella Ricerca

La mosca della frutta, conosciuta come Drosophila melanogaster, è un modello prezioso per studiare come cambiano le connessioni nervose durante lo sviluppo. I ricercatori apprezzano la mosca della frutta per la sua genetica semplice e il rimodellamento prevedibile delle sue strutture cerebrali nel corso del ciclo vitale. Un’area di interesse è il corpo fungiforme (MB), una parte del cervello della mosca della frutta coinvolta nell'apprendimento e nella memoria. Il MB contiene cellule nervose chiamate cellule di Kenyon, che si sviluppano in un ordine specifico e subiscono un notevole rimodellamento.

Durante le prime fasi dello sviluppo, un tipo di cellula di Kenyon, chiamata γ-KCs, estende le sue connessioni e poi le riduce o “Potatura” per formare la struttura cerebrale matura. Questo processo di potatura è essenziale per stabilire le giuste connessioni nel cervello. Le Cellule Gliali sono cruciali in questa fase di potatura, poiché aiutano a definire come le γ-KCs matureranno. Diversi tipi di cellule gliali assistono in questo processo, sia istruendo le cellule di Kenyon su come potare, sia pulendo il materiale rimanente dopo che la potatura avviene.

#Espressione Genica nella Drosophila e il suo Collegamento alla Schizofrenia

I ricercatori hanno identificato geni correlati alla schizofrenia negli esseri umani e i loro omologhi nella Drosophila. Esaminando questi geni durante lo sviluppo delle γ-KCs, possono determinare quali siano importanti per il processo di potatura. Si sono concentrati su geni che mostrano un’attività aumentata poco prima o durante la potatura di queste cellule, identificando potenziali candidati da esplorare ulteriormente.

Lo screening di questi geni candidati ha rivelato che diversi sono necessari per la potatura delle γ-KCs. È importante notare che alcuni geni sono essenziali sia per le cellule di Kenyon che per le cellule gliali. Questo indica che i geni giocano un ruolo in come il cervello si connette e si disconnette durante lo sviluppo, facendo luce sul loro potenziale collegamento alla schizofrenia.

#Indagare le Metalloproteinasi della Matrice

Due geni specifici, Mmp1 e MMP2, che codificano per le metalloproteinasi della matrice (MMP), sono risultati importanti in questo contesto. Le MMP sono proteine che aiutano a scomporre diversi componenti della matrice extracellulare del cervello, che supporta le cellule e influenza il modo in cui interagiscono. Negli esseri umani, le MMP sono collegate a varie condizioni, inclusa la schizofrenia.

La ricerca ha rivelato che sia Mmp1 che Mmp2 sono coinvolti nella potatura delle γ-KCs. Quando la funzione di questi geni è stata interrotta nelle cellule gliali, ha portato a difetti nella potatura, suggerendo che le MMP provenienti dalle cellule gliali giocano un ruolo significativo in questo processo. In particolare, la MMP2 sembra essere la più critica per una potatura efficace degli assoni nel MB.

È interessante notare che, mentre molti geni sono stati trovati coinvolti nella potatura, l'attenzione si è concentrata sulle metalloproteinasi della matrice a causa delle loro connessioni note allo sviluppo cerebrale e alle malattie. Le MMP possono essere secernute sia dai neuroni che dalle cellule gliali, indicando che probabilmente lavorano insieme per guidare il processo di potatura in modo efficace.

#Comprendere il Meccanismo di Azione

I modi esatti in cui le MMP assistono nella potatura sono ancora da chiarire. Una possibilità è che aiutino a liberare percorsi per i segnali che invitano alla potatura. Le MMP possono anche facilitare il movimento delle cellule gliali che assistono nel processo di potatura e aiutano a gestire le connessioni tra le cellule nervose.

Scomponendo alcuni tipi di proteine nella matrice extracellulare, le MMP possono aiutare a rimuovere ostacoli per le cellule gliali, permettendo loro di svolgere il proprio lavoro in modo efficace. Un'altra possibilità è che le MMP possano aiutare a gestire la rimozione di specifiche proteine di adesione che devono essere ridotte affinché la potatura avvenga correttamente.

#Implicazioni per la Ricerca sulla Schizofrenia

I risultati suggeriscono che, mentre i geni correlati alla schizofrenia possono contribuire a un'attività di potatura aumentata, nei casi studiati, ridurre la funzione di questi geni ha portato a meno potatura del normale. Questo evidenzia la complessità dei geni e delle loro funzioni nei disturbi mentali, dove possono avere impatti variabili a seconda di come interagiscono all'interno del sistema biologico.

Comprendere le funzioni delle MMP e il loro ruolo nel rimodellamento neurale potrebbe fornire spunti su come il cervello cambia durante lo sviluppo e come questi cambiamenti si relazionano a condizioni come la schizofrenia. La matrice extracellulare è essenziale per la comunicazione tra le cellule nel cervello e può influenzare come queste cellule si connettono e si disconnettono.

#Direzioni Future

C'è ancora molta ricerca da fare per districare come le MMP e altri geni correlati influenzino il rimodellamento del sistema nervoso. Gli studi potrebbero concentrarsi su geni diversi che non mostrano un'espressione aumentata prima della potatura, ma potrebbero comunque essere essenziali per il processo di potatura. Utilizzando la Drosophila come modello, i ricercatori possono esplorare vari percorsi e meccanismi coinvolti nel rimodellamento neurale, che potrebbero alla fine portare a migliori terapie per i disturbi mentali.

In generale, lo studio pone importanti basi per future esplorazioni su come i processi di sviluppo nel cervello siano collegati alla schizofrenia e, possibilmente, ad altri disturbi neuropsichiatrici, aprendo potenziali vie per il trattamento e la comprensione di queste complesse condizioni.