Quattro mRNA localizzati nel neuropilo, la fitta rete di connessioni sinaptiche in uno strato distinto dai corpi cellulari, nell’ippocampo giovanile del topo. Gli mRNA sono stati etichettati utilizzando il test di ibridazione in situ HiPlex RNAscope per rilevare Adcy1 (verde), Aco2 (magenta), Psd (ciano) e Dlg4 (giallo) e i nuclei sono stati controcolorati con DAPI (blu).
Gli scienziati hanno scoperto che l’RNA messaggero (mRNA) nei neuroni si raggruppa per abbondanza, non per movimenti coordinati. La ricerca chiarisce come il cervello gestisce istruzioni genetiche a lunga distanza, fondamentali per apprendimento, memoria e comunicazione sinaptica, e offre nuove prospettive su disturbi come sindrome dell’X fragile e autismo
RNA messaggero e disturbi neurologici: scoperta chiave per capire la comunicazione cerebrale.
Gli scienziati hanno scoperto che le molecole di RNA messaggero (mRNA), che trasportano le istruzioni genetiche fino alle estremità più lontane dei neuroni nel cervello, tendono a raggrupparsi principalmente perché sono abbondanti, non perché si muovano in gruppi coordinati.
La scoperta, pubblicata sulla rivista eNeuro (1) della Society for Neuroscience, aiuta a spiegare come i neuroni, che possiedono alcuni dei processi più lunghi di qualsiasi cellula del corpo, gestiscano le istruzioni genetiche a grandi distanze dal luogo in cui vengono prodotte.
Questo processo fondamentale è cruciale per sostenere la comunicazione neuronale e le modificazioni in specifici siti di comunicazione cellulare chiamati sinapsi lungo il neurone, che fanno parte della cascata di segnali molecolari che si verificano durante l’apprendimento e la formazione dei ricordi.
Quando questi processi si interrompono - come accade in condizioni quali la sindrome dell’X fragile e alcune forme di autismo - comprendere le regole di base che guidano la localizzazione dell’RNA può aiutare gli scienziati a individuare dove le cose si guastano.
«Quando abbiamo confrontato ogni possibile coppia tra gli mRNA che abbiamo misurato - in totale 66 combinazioni - l’interpretazione più semplice è risultata la migliore: gli mRNA abbondanti hanno semplicemente più possibilità che i loro segnali si sovrappongano con quelli degli altri che abbiamo misurato», ha detto la dottoressa Shannon Farris (2), assistente professore alla Virginia Tech e al suo Fralin Biomedical Research Institute presso il VTC e autrice senior dello studio. «Questo indica un sistema flessibile in cui gli mRNA si avvicinano tra loro per caso. La vera specificità sembra avvenire più tardi, alla sinapsi, dove i segnali locali decidono come vengono utilizzate quelle istruzioni genetiche».
Alcuni scienziati hanno proposto che questi mRNA viaggino in pacchetti distinti che trasportano combinazioni specifiche, mentre altri hanno suggerito che ciascun messaggio si muova da solo. Il nuovo lavoro propende per l’idea più semplice secondo cui la prossimità dipende principalmente da quanto di ciascun messaggio una cellula produce.
Oltre a fornire una nuova prospettiva sulla biologia di base, questa intuizione aiuta a chiarire come i neuroni gestiscano i messaggi che guidano l’apprendimento e la memoria, inclusi i processi che risultano alterati nella sindrome dell’X fragile, una condizione genetica in cui manca la proteina che lega molti di questi RNA.
In mezzo al tessuto cerebrale di topo, piccole tracce luminose rivelano dove si trovano certi RNA. Queste molecole non agiscono da sole: alcune lavorano insieme a una proteina speciale, l'FMRP. L’osservazione avviene grazie a un metodo che illumina singole particelle nel campione. Il tutto in un pezzetto di cervello preservato così com’è. Molti di questi segnali genetici hanno già mostrato legami con quella proteina chiave. Hanno misurato la dimensione e la luminosità di ciascun punto di RNA fluorescente e confrontato la frequenza con cui diversi RNA sembravano sovrapporsi spazialmente.
Ora che gli scienziati hanno un quadro più chiaro di come queste molecole si dispongano naturalmente, i prossimi passi includono l’analisi di come questo sistema si adatti durante l’apprendimento - e di come possa deviare in disturbi che influenzano la comunicazione tra neuroni, come la sindrome dell’X fragile.
Lo studio è stato condotto da Shannon Farris, assistente professore presso l’istituto di ricerca e il Dipartimento di Scienze Biomediche e Patobiologia del Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine; dalla prima autrice Renesa Tarannum del Virginia Tech Translational Biology, Medicine, and Health Graduate Program; da Sharon Swanger, assistente professore presso l’istituto di ricerca e il Dipartimento di Scienze Biomediche e Patobiologia; e da Oswald Steward, direttore del Reeve-Irvine Research Center for Spinal Cord Injury presso l’Università della California, Irvine. La ricerca è stata sostenuta dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke, dal National Institute of Mental Health, dal Fralin Biomedical Research Institute della Virginia Tech e dalla Brain and Behavior Research Foundation.
Riferimenti:
(2) Shannon Farris
Descrizione foto: Questo grande composito cucito, creato da molte immagini ad alto ingrandimento, mostra quattro mRNA localizzati nel neuropilo, la fitta rete di connessioni sinaptiche in uno strato distinto dai corpi cellulari, nell’ippocampo giovanile del topo. Gli mRNA sono stati etichettati utilizzando il test di ibridazione in situ HiPlex RNAscope per rilevare Adcy1 (verde), Aco2 (magenta), Psd (ciano) e Dlg4 (giallo) e i nuclei sono stati controcolorati con DAPI (blu). Questa tecnica è stata utilizzata per illustrare come questi mRNA appaiono naturalmente vicini semplicemente perché sono abbondanti. - Credit: Virginia Tech image by Shannon Farris.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Neurons within the brain localize genetic messages using simple rules, study finds