Astrocyte metabolic programs diverge across primate evolution and are linked to species-specific neuronal development
Questo studio rivela che gli astrociti umani e dei primati non umani esibiscono programmi metabolici e secretomi divergenti, che guidano differenze specie-specifiche nello sviluppo neuronale e nell'attività elettrofisiologica.
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
Il cervello umano è una meraviglia di complessità, ma non si è evoluto in isolamento. È cresciuto insieme ai cervelli dei nostri parenti viventi più stretti, i grandi scimmie, condividendo un antenato comune milioni di anni fa. Sebbene i neuroni umani siano famosamente più grandi e intricati di quelli di altri primati, gli scienziati si sono a lungo concentrati sui neuroni stessi per spiegare queste differenze. Hanno studiato come le cellule cerebrali si dividono e come emettono segnali elettrici, cercando gli interruttori genetici che hanno trasformato un cervello di scimpanzé in uno umano. Tuttavia, i neuroni non esistono in un vuoto. Sono circondati da una fitta rete di cellule di supporto chiamate astrociti. Queste cellule agiscono come i custodi del cervello, gestendo l'ambiente chimico, ripulendo i rifiuti e fornendo il combustibile di cui i neuroni hanno bisogno per funzionare. Per molto tempo, l'ipotesi era che queste cellule di supporto fossero ampiamente le stesse tra le diverse specie, limitandosi a reagire ai neuroni che sostenevano. Ma una nuova linea di ricerca suggerisce che il personale di supporto potrebbe essere tanto diverso tra loro quanto le stelle che si prendono cura.
Un team di ricercatori dell'Istituto Salk e dell'Università della California, San Diego, ha deciso di guardare più da vicino queste cellule di supporto. Volevano sapere se il modo in cui gli astrociti umani gestiscono la loro chimica interna differisca dal modo in cui gli astrociti di scimpanzé, bonobo, gorilla e scimmie lo fanno. Per scoprirlo, hanno fatto crescere cellule cerebrali in laboratorio, partendo da cellule staminali prelevate da esseri umani e vari primati non umani. Hanno guidato queste cellule staminali a diventare astrociti, le cellule a forma di stella che cullano i neuroni, e poi hanno osservato come si comportavano. I ricercatori hanno scoperto che queste cellule non sono solo spettatrici passive; possiedono le proprie distinte personalità metaboliche che cambiano man mano che maturano. In laboratorio, gli astrociti umani si sono sviluppati più lentamente rispetto ai loro omologhi primati, impiegando più tempo per apparire nel tessuto cerebrale in crescita. Una volta arrivati, hanno iniziato ad agire diversamente. Mentre gli astrociti di altri primati si concentravano sulla costruzione di nuove molecole da zero, gli astrociti umani hanno cambiato strategia, rilasciando grandi quantità di una semplice molecola di zucchero chiamata lattato nell'ambiente circostante.
Questo cambiamento nella strategia chimica sembra essere una caratteristica definente dell'evoluzione umana. I ricercatori hanno scoperto che gli astrociti dei primati non umani erano impegnati a sintetizzare serina e glicina, due amminoacidi che fungono da mattoni per proteine e grassi. Queste cellule erano essenzialmente fabbriche, producendo freneticamente le materie prime necessarie per costruire strutture cellulari complesse. Al contrario, gli astrociti umani sembravano aver spento alcune di queste linee di produzione. Invece, hanno intensificato il rilascio di lattato, una sostanza che i neuroni possono utilizzare come fonte rapida di energia. Gli scienziati hanno anche esaminato le proteine che queste cellule secernono nel loro ambiente. Hanno scoperto che gli astrociti umani rilasciavano un set diverso di segnali, molti dei quali sono noti per incoraggiare i neuroni a far crescere braccia lunghe e ramificate. Ciò suggerisce che gli astrociti umani potrebbero guidare i neuroni verso uno stato più complesso e interconnesso, mentre gli astrociti dei primati potrebbero spingerli verso uno stato più veloce e maturo.
Per testare se queste differenze chimiche cambiassero effettivamente lo sviluppo dei neuroni, i ricercatori hanno eseguito uno scambio. Hanno preso neuroni umani in crescita in una capsula di Petri e li hanno nutriti con l'ambiente liquido creato dagli astrociti dei primati. Il risultato è stato immediato e sorprendente. I neuroni umani, che normalmente impiegano molto tempo per maturare, hanno iniziato a mostrare segni di attività elettrica molto prima. Emettevano segnali più frequentemente, comportandosi come i neuroni maturi di uno scimpanzé o di una scimmia. Viceversa, quando i ricercatori hanno bloccato la produzione di serina e glicina negli astrociti dei primati, l'effetto sui neuroni umani è stato ridotto. Ciò ha indicato che la specifica produzione chimica degli astrociti influenzava direttamente la velocità e la natura dello sviluppo del neurone. Lo studio suggerisce che l'evoluzione del cervello umano non è stata solo una questione di cambiare i neuroni stessi, ma anche di cambiare il sistema di supporto che li circonda.
Le scoperte indicano una storia più profonda su come funzionano i nostri cervelli. I neuroni umani sono noti per essere più grandi e complessi, richiedendo più energia e tempo per essere costruiti. I ricercatori propongono che gli astrociti umani possano essersi evoluti per supportare questa complessità fornendo un flusso costante di lattato per l'energia e proteine specifiche per incoraggiare la ramificazione. Nel frattempo, gli astrociti degli altri primati sembrano ottimizzati per un tipo diverso di sviluppo, uno che dà priorità alla sintesi rapida di mattoni e a una maturazione elettrica più veloce. Questa differenza nelle cellule di supporto aiuta a spiegare perché i cervelli umani impiegano più tempo per svilupparsi ma finiscono con un'architettura unica. È un promemoria del fatto che il cervello è una comunità di cellule, e il modo in cui queste cellule comunicano tra loro attraverso la chimica è importante quanto il codice genetico che portano con sé. Comprendendo queste sottili differenze nel modo in cui operano le cellule di supporto, gli scienziati stanno iniziando a vedere un quadro più chiaro di ciò che rende la mente umana distinta dalle menti dei nostri parenti più stretti.
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