Neuronal primary cilia are not required for hippocampal circuit function or behavior in adult mice
Utilizzando studi genetici e comportamentali su topi adulti, questo articolo dimostra che la delezione delle ciglia primarie dai neuroni ippocampali non compromette l'eccitabilità neuronale, la plasticità sinaptica o i comportamenti dipendenti dall'ippocampo, sfidando la visione prevalente secondo cui queste strutture siano hub di segnalazione essenziali nei circuiti cerebrali maturi.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
In quasi ogni cellula del corpo umano, e nei cervelli dei topi, esiste una minuscola proiezione simile a un capello chiamata ciglia primaria. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che queste strutture fossero inutili avanzi dell'evoluzione, come l'appendice nell'intestino. Tuttavia, scoperte recenti hanno rivelato che durante la formazione iniziale di un cervello, queste ciglia agiscono come critici centri di comando. Esse ricevono segnali chimici che dicono alle cellule in crescita dove andare e cosa diventare. Quando queste strutture non si formano correttamente in un cervello in via di sviluppo, il risultato può essere grave, portando a malformazioni e disabilità intellettive. Ciò ha portato molti ricercatori a credere che queste minuscole antenne debbano continuare a svolgere un ruolo vitale nel cervello maturo, agendo come hub essenziali che mantengono i neuroni adulti in comunicazione e nel corretto comportamento.
La domanda rimasta senza risposta era se queste strutture siano ancora necessarie una volta che il cervello è completamente cresciuto. I neuroni adulti si affidano alle loro ciglia primarie per emettere segnali elettrici, imparare cose nuove o ricordare il passato? Per scoprirlo, un team di ricercatori presso lo St. Jude Children's Research Hospital ha deciso di rimuovere queste strutture dai cervelli di topi adulti e osservare cosa sarebbe successo. Si sono concentrati sull'ippocampo, una regione a forma di cavalluccio marino situata in profondità nel cervello, famosa per il suo ruolo nella formazione della memoria e nella navigazione spaziale. Utilizzando strumenti genetici precisi, sono stati in grado di eliminare i geni necessari per costruire le ciglia primarie, ma solo nei neuroni maturi di topi adulti, lasciando intatti il resto del corpo e il cervello in fase di sviluppo.
I ricercatori hanno utilizzato due metodi diversi per garantire che i loro risultati fossero solidi. Per prima cosa, hanno incrociato topi con un interruttore genetico che disattivava la capacità di produrre ciglia in regioni cerebrali specifiche durante la maturazione degli animali. Ciò ha permesso loro di studiare topi che avevano vissuto tutta la vita senza queste strutture nei loro neuroni ippocampali. In secondo luogo, per escludere la possibilità che il cervello si fosse semplicemente adattato nel tempo per compensare le parti mancanti, hanno utilizzato un laser ad alta potenza per rimuovere chirurgicamente le ciglia da singoli neuroni in topi adulti appena pochi minuti prima del test. Hanno anche utilizzato un virus per eliminare le ciglia in un altro gruppo di topi adulti. In ogni caso, l'obiettivo era lo stesso: vedere se il cervello smetteva di funzionare senza queste minuscole antenne.
Ciò che hanno trovato è stato sorprendente. Nonostante l'assenza totale di ciglia primarie nei neuroni maturi, il cervello continuava a funzionare esattamente come dovrebbe. L'attività elettrica dei neuroni rimaneva normale. Le cellule emettevano i loro segnali con la stessa forza e tempistica delle cellule sane. Quando i ricercatori hanno testato come questi neuroni comunicavano tra loro, le connessioni erano altrettanto forti, e la capacità di rafforzare tali connessioni nel tempo — un processo essenziale per l'apprendimento — era completamente inalterata. I neuroni non sono diventati confusi, lenti o iperattivi. Si sono comportati come se le ciglia non fossero mai state lì.
I ricercatori si sono poi spostati dal microscopio al mondo reale per vedere se i topi potessero ancora imparare e ricordare. Hanno sottoposto i topi a una serie di test progettati per misurare la memoria e il comportamento. In un test, i topi hanno imparato ad associare un suono specifico o una stanza specifica a una scossa lieve e innocua. In un altro, dovevano ricordare la posizione di una piattaforma nascosta in una piscina d'acqua. Hanno anche testato l'ansia, l'interazione sociale e le capacità motorie. In ogni singolo caso, i topi senza ciglia hanno ottenuto prestazioni identiche ai topi con le ciglia. Hanno appreso i compiti rapidamente, li hanno ricordati giorni dopo e non hanno mostrato segni di ansia o ritiro sociale. La loro capacità di navigare e interagire con il mondo era indistinguibile da quella di un topo normale.
Questi risultati sfidano un assunto di lunga data nella neuroscienza. Sebbene sia chiaro che le ciglia primarie siano indispensabili per costruire un cervello, questo studio suggerisce che non siano necessarie per mantenerlo in funzione una volta terminato. I risultati indicano che nell'ippocampo adulto, queste strutture non sono i principali hub di segnalazione come molti scienziati credevano. Il cervello sembra avere altri modi per gestire la complessa chimica dell'apprendimento e della memoria che non dipendono da queste minuscole proiezioni. Questo non significa che le ciglia siano inutili nel cervello adulto; potrebbero ancora giocare un ruolo durante i periodi di stress, malattia o invecchiamento. Tuttavia, in condizioni normali e sane, il cervello adulto può funzionare perfettamente anche senza di esse, suggerendo che le regole su come funziona un cervello cambiano significativamente dall'infanzia all'età adulta.
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