PROGETTO I LINCEI PER UNA NUOVA DIDATTICA NELLA SCUOLA:UNA RETE NAZIONALE Accademia dei Lincei- Polo di Brescia Programma Scienze 25 febbraio 2016

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1 PROGETTO I LINCEI PER UNA NUOVA DIDATTICA NELLA SCUOLA:UNA RETE NAZIONALE Accademia dei Lincei- Polo di Brescia Programma Scienze 25 febbraio 2016 Marina Pizzi Dipartimento di Medicina Molecolare e Traslazionale Università degli studi di Brescia

2 SNC Sistema nervoso centrale (SNC) Encefalo (racchiuso nella cavità cranica) Midollo spinale (racchiuso nel canale vertebrale) SNP Sistema nervoso periferico (SNP) Tessuto nervoso al di fuori del SNC (fibre motorie e sensitive nei nervi e gangli sensitivi nervosi)

3 (NB Le meningi sono involucri connettivali, non sono tessuto nervoso)

4 Il cervello è immerso nel liquido cefalorachidiano Il liquido cefalorachidiano viene secreto dai plessi coroidei nei ventricoli. Scorre nello spazio subaracnoideo e viene riassorbito dai villi aracnoidei per poi passare nella circolazione venosa

5 Concentrato per il 98% nel SNC Contiene due tipi di cellule: neuroni glia Circa il 2% del peso dell organismo, consuma il 20% dell energia

6 Sistema nervoso centrale e periferico Le cellule del sistema nervoso La barriera emato-encefalica

7 astrociti, oligodendrociti, microglia = glia Gli astrociti sono le cellule più numerose del SNC (rapporto di circa 10:1 rispetto ai neuroni, filogeneticamente evolutivo) Microglia: circa il 10% delle cellule gliali

8 SNC: oligodendrociti, microglia SNP: cellule di Schwann, macrofagi

9 Il neurone (cenni) 10 mld di neuroni, ciascuno connesso con neuroni per un totale di mdl di connessioni

10 Neurone dendrite corpo cellulare assone terminazioni dell assone

11 pre- e post-sinaptico la sinapsi chimica è la principale struttura di connessione funzionale fra neuroni

12 dopo la loro nascita (per mitosi), i neuroni perdono la capacità di dividersi i neuroni vivono quindi con noi tutta la nostra vita possono perciò essere modificati da ogni stimolo infiammatorio...

13 Tutti i neuroni sono cellule e hanno caratteristiche comuni Ma anche una grande eterogeneità (non solo diverse caratteristiche morfologiche e funzionali, ma anche espressione di neurotrasmettitori e neuromodulatori, ecc) «Vulnerabilità selettiva» nelle malattie neurologiche (ad es cellule dopaminergiche della sostanza nera nel morbo di Parkinson, motoneuroni nella SLA, ecc)

14 - Le malattie neurologiche sono dovute a tante cause diverse (infezione, trauma, cause tossiche,danno vascolare, neurodegenerazione cronica, ecc) ma - Le malattie neurologiche sono sempre dovute a danno strutturale e/o funzionale dei neuroni (della sinapsi) Ciò implica che qualsiasi variazione dell attività delle cellule gliali dà sintomi solo quando disturba i neuroni NB: il danno strutturale di un neurone ne comporta sempre anche un danno funzionale ma un danno funzionale non sempre causa un danno strutturale: i neuroni possono apparire normali ma funzionare male

15 La glia

16 Oligodendrociti e cellule di Schwann Di derivazione neuroectodermica (come i neuroni) Producono mielina Isolamento elettrico Aumento della velocità di conduzione dell impulso (conduzione saltatoria) Regolazione degli scambi metabolici Ruolo della cellula di Schwann nella rigenerazione delle fibre Esempio di malattia della mielina nel SNC (demielinizzante): la sclerosi multipla

17 nuclei neuronali astrociti microglia Protagonisti della neuroinfiammazione (neuroni e oligodendrociti ne sono vittime) Immagine: courtesy Fulvio Florenzano

18 Astrocita (macroglia) forma stellata, ma che può variare di derivazione neuroectodermica (come i neuroni) Le cellule più numerose del cervello

19 Astrociti (glial fibrillary acidic protein, GFAP, proteina del citoscheletro)

20 Funzione degli astrociti nel SNC in condizioni normali Sofroniew e Vinters, 2010

21 La sinapsi tripartita Presynaptic terminal Presynaptic terminal Astrocytic process Astroglial process Postsynaptic neurone Fields e Steven-Graham, 2002 Courtesy of A Verkhratsky

22 Microglia Deriva da precursoni mieloidi (origine mesodermica) del sacco vitellino (macrofagi primitivi che dal sacco vitellino colonizzano il neuroepitelio) Cellule immunocompetenti del SNC Rispondono rapidamente a tutti i tipi di stimolo

23 Microglia Una cellula estremamente ramificata

24 I processi microgliali si muovono continuamente Si estendono e si retraggono sorvegliando il micro-ambiente Si estendono periodicamente andando a contattare le sinapsi Tremblay et al., 2011

25 Contribuiscono al rimodellamento di circuiti neuronali fagocitando componenti sinaptiche, inclusioni cellulari Tremblay et al., 2011

26 Sinapsi «quadripartita»? Sinapsi con molti amici/ assistenti gliali? Verkhartsky e Nedergaard, 2014

27 Sistema nervoso centrale e periferico Le cellule del sistema nervoso La barriera emato-encefalica La neurogenesi adulta La morte neuronale

28 Il cervello: un organo ad elevatissima vascolarizzazione

29 Barriera emato-encefalica: BEE

30 La barriera emato-encefalica (BEE) «piedini terminali» degli astrociti periciti sangue giunzioni strette fra le cellule endoteliali cellule endoteliali (che circondano il lume del vaso) Bentivoglio e Kristensson, 2014

31 lume di capillare sangue parenchima (tessuto) cerebrale Gonzalez-Scarano e Martin-Garcia, 2005

32 Selettività della barriera emato-encefalica Le grosse molecole non passano attraverso la barriera. Le molecole scarsamente liposolubili non penetrano nel SNC. Le molecole liposolubili (come i barbiturici e l'alcol) possono, invece, attraversare la barriera. La BEE regola (e impedisce) il passaggio ( trafficking ) di cellule (inclusi linfociti e patogeni batteri, parassiti -), ma anche di agenti diagnostici e terapeutici (il 99% dei farmaci non attraversa la BEE)

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34 Cellule staminali adulte (glia radiale) sono diffuse nel parenchima cerebrale per generare oligodendrociti e astrociti (aree rosa), ma in condizioni opportune, possono generare neuroni Gould E, 2007 Nel cervello adulto dei mammiferi la neurogenesi permane a livello della zona subgranulare del giro dentato dell ippocampo e della zona subventricolare dei ventricoli laterali. In queste zone è stata dimostrata la presenza di cellule staminali neuronali, cellule capaci di autorinnovamento e multipotenti, cioè in grado di differenziarsi in numerose linee neuronali, quali i neuroni, gli astrociti e oligodendrociti.

35 Aree di neurogenesi nel cervello adulto: area subventricolare (SVZ) area subgranulare ippocampale (SGZ) Area subgranulare del giro dentato Area subventricolare dei ventricoli laterali Bulbo olfattivo Rostral migratory stream SVZ - Importante nel processo di formazione delle nuove memorie olfattive

36 La neurogenesi nel giro dentato dell ippocampo. Cellule di tipo-1 (cellule staminali gliali radiali ) nella zona subgranulare si dividono a formare le cellule di tipo 2 (cellule progenitrici neurali) e queste si continuano a dividere in cellule di tipo-3 (neuroblasti) e migrano nello strato di cellule dei granuli. Le cellule di tipo-4, diventano granuli che proiettano all area ippocampale CA3. SGZ, zona subgranulare; GCL, strato di cellule dei granuli; ML, strato molecolare Importante nel processo di formazione delle nuove memorie e della plasticità sinaptica

37 La neurogenesi adulta è regolata da fattori epigenetici attraverso la produzione di fattori trofici (BDNF) Invecchiamento e stress riducono la neurogenesi BDNF Ambiente arricchito, apprendimento, attività fisica aumentano la neurogenesi