NEUROGENESI & CELLULE STAMINALI nel SNC dei mammiferi adulti

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1 NEUROGENESI & CELLULE STAMINALI nel SNC dei mammiferi adulti La neurogenesi embrionale e adulta Cosa si intende per cellula staminale Le cellule staminali neurali (NSC) in vivo e in vitro I geni e i segnali che regolano le proprietà delle NSC La staminalità a livello molecolare Metodi di studio che consentono di identificare in modo selettivo le cellule in divisione. - AUTORADIOGRAFIA in seguito a somministrazione di timidina marcata con un isotopo radioattivo (trizio) - INOCULAZIONI di BrdU e istochimica anti-brdu - IMMUNOISTOCHIMICA con analisi di marker endogeni espressi dalla c. in mitosi es. PCNA... - DISTRUZIONE delle cellule proliferanti per seguire nel tempo il ripristino degli elementi cellulari, con cytosine-β-d-arabinofuranoside, AraC.

2 Visualizzazione del destino cellulare Visualizzazione delle cellule BrdU positive (anti-brdu) per determinare la localizzazione, il numero e l acquisizione di un fenotipo differenziato Visualizzazione delle cellule positive mediante fluorescenza o altro (nel caso di un marcatore endogeno proveniente da un transgene reporter) CLASSIFICAZIONE dei TESSUTI (Bizzozero 1893) 1) LABILI: cellule con ciclo vitale breve che in seguito alla differenziazione degenerano, muoiono e sono sostituite da nuove cellule attraverso un fenomeno di RIGENERAZIONE FISIOLOGICA a partire da precursori multipotenti. Es. epidermide, mucosa intestinale, cellule del sangue 2) STABILI: sino alla fine dell accrescimento somatico mantengono una riserva di cellule indifferenziate che si esaurisce al termine della crescita somatica. Es. fegato, rene, pancreas, cartilagene, osseo LA STABILITA DI QUESTI ELEMENTI NON È ASSOLUTA sotto opportune stimolazioni le cellule si sdifferenziano e proliferano 3) PERENNI: l attività proliferativa si esaurisce precocemente (alla nascita o poco dopo). Impossibilità di rigenerazione per mancanza degli elementi indifferenziati e per impossibilità degli elementi maturi di sdifferenziare. Es. tessuto nervoso, c. miocardiche LA NEUROGENESI PERSISTE IN RISTRETTE AREE DEL SNC DEI MAMMIFERI ADULTI. Studiati soprattutto i roditori.

3 NEUROGENESI EMBRIONALE La migrazione dal telencefalo basale embrionale Dal telencefalo basale (eminenze gangliari, setto e area entopeduncolare anteriore) si originano dei treni di cellule migratorie che esprimono i geni Dlx. Le principali traiettorie migratorie: a) dalla EG mediale alla corteccia migr. tangenziale b) dalla EG laterale al BO migr. tangenziale a catenelle c) dalle EG ai nuclei dello striato migr. radiale Marin & Rubenstein (2001) Nature Rev Neuroscience 2:

4 La glia radiale Malatesta et al (2003) Neuron 37: 751 Una strategia genetica per seguire il destino cellulare Malatesta et al (2003) Neuron 37: 751

5 Quasi tutti i neuroni di proiezione hanno come progenitore la glia radiale Malatesta et al (2003) Neuron 37: 751 La glia radiale ha proprietà neurogeniche molto differenti nella corteccia rispetto al subpallio oligodendrociti astrociti Malatesta et al (2003) Neuron 37: 751

6 LOCALIZZAZIONE CERVELLETTO: neurogenesi ritardata durante le prime 3 settimane di vita postnatale (roditori) EPITELIO OLFATTIVO BULBO OLFATTIVO IPPOCAMPO la neurogenesi persiste nell animale adulto (roditori-primati *) *nei primati adulti si trovano cellule neogenerate anche nella neocorteccia, ma non sono neuroni!! Kornack & Rakic (2001) Science 294: 2127 BULBO OLFATTIVO (principale e accessorio) MODALITA massiccia neurogenesi c. neogenerate migrazione dalla SVZ

7 - le cellule neogenerate presenti nel BO derivano per migrazione dalla SVZ (Sub Ventricular Zone) del telencefalo BrdU 20 gg dopo iniezione

8 NICCHIA NEUROGENICA SVZ-RE PSA GFAP SIGNIFICATO FUNZIONALE Possibile correlazione con la plasticità dei circuiti del bulbo in relazione alla continua formazione di nuove sinapsi nei glomeruli Correlazione con plasticità comportamentale olfattiva Lledo et al (2002) Enriched odor exposure increases the number of newborn neurons in the adult OB and improves memory J. Neurosci.

9 Fattori che regolano la neurogenesi nella SVZ e nel BO Stimolano Inibiscono - Ambiente arricchito olfattivamente S? -Prolattina (gravidanza) P - Estrogeni (?) P -Lesione P - Fattori di crescita P Proliferazione (P) nella SVZ o sopravvivenza (S) delle nuove cellule nel BO C controllo E arricchimento olfattivo EPITELIO OLFATTIVO MODALITA Continuo turnover dei recettori olfattivi Componente proliferativa basale SIGNIFICATO FUNZIONALE Correlazione tra neurogenesi ed esposizione all ambiente esterno dei neuroni olfattivi dopo lesione della mucosa

10 ..si assiste ad amplificazione del turnover controllo 7 giorni dopo lesione REAZIONE IIC anti-psa-ncam IPPOCAMPO (ARCHIPALLIO) AREA TELENCEFALICA COSTITUITA DA: CORNO D AMMONE GIRO DENTATO MEMORIA associativa spaziale

11 IPPOCAMPO (giro dentato) MODALITA Origine c. neogenerate: proliferazione locale Fenotipo delle c. neogenerate: granuli del giro dentato (INTERNEURONI) SIGNIFICATO FUNZIONALE La persistenza di neurogenesi nell ippocampo sembra essere correlata al ruolo svolto da questa regione nei fenomeni di apprendimento, con particolare riferimento alla memoria spaziale e associativa L ESPERIENZA MODIFICA LA NEUROGENESI CERVELLO PLASTICITA NEURONALE COMPORTAMENTO PLASTICITA COMPORTAMENTALE Fattori che regolano la neurogenesi nell ippocampo Stimolano -ApprendimentoS - Ambiente arricchito S -EstrogeniP - Antidepressivi S -EpilessiaP -LesioneP - Fattori di crescita P Inibiscono -StressP - Glucocorticoidi P - Senescenza P -Morfina P Proliferazione (P) o sopravvivenza (S) delle nuove cellule

12 L organizzazione della Zona SubVentricolare (SVZ) adulta Cell B: Nestin, GFAP, Vimentin Cell C: Nestin Cell A: Nestin, Tuj1, PSA-NCam La cellula staminale, Cell B, possiede un un fenotipo astrocitario, forma gliotubi, e rimane in gran parte quiescente La sua divisione simmetrica genera due cellule B con le stesse proprietà La sua divisione asimmetrica genera una Cell C, che perde il fenotipo astrocitario e prolifera (transitory amplifying cell) Le cellule A sono neuroblasti con attività migratoria, destinati a diventare interneuroni Alvarez-Buylla & Lim (2004) Neuron 41: Conover & Allen (2002) Cell: Mol. Life Sci. 59: 2128 Ricostituzione della nicchia neurogenica in seguito a distruzione delle cellule proliferanti B C A SVZ ASTROCYTES IMMATURE PRECURSOR MIGRATING NEUROBLAST

13 Alvarez-Buylla & Lim (2004) Neuron 41: Conover & Allen (2002) Cell: Mol. Life Sci. 59: 2128 La nicchia neurogenica nella SVZ dei roditori adulti Conover & Allen (2002) Cell. Mol. Life Sci. 59: 2128

14 Espressione di Bmp e Noggin nel subpallio a E14.5 Bmp7 Bmp4 wild-type wild-type Noggin wild-type Dlx5-/- Lim et al. (2000) Neuron 28:

15 Il segnale Notch durante la neurogenesi Notch, il receptore per Jagged e Delta, promuove il lineage della glia radiale nell embrione. Nel postnatale sopprime il differenziamento neuronale e induce la formazione di astrociti. Inoltre inibisce la proliferazione e induce quiescenza. Quindi potrebbe essere coinvolto nel mantenimento delle proprietà staminali nella SVZ adulta. Alvarez-Buylla & Lim (2004) Neuron 41: Conover & Allen (2002) Cell: Mol. Life Sci. 59: 2128 La nicchia neurogenica adulta: un neuroepitelio traslocato

16 Neurogenesi corticale embrionale: glia radiale Notch-delta astrociti Neurogenesi adulta: astrociti quiescenti Esiste dunque un lineage unico glia radiale-cellula staminale? La NSC adulta è una rimanenza della glia radiale embrionale o è una nuova acquisizione?