Il cervello nasce da due linee embrionali distinte, secondo Stanford

L’idea che il cervello si costruisca a partire da un’unica popolazione di cellule nervose, poi progressivamente suddivisa in regioni anteriori e posteriori, potrebbe essere incompleta. Ricercatori di Stanford Medicine riferiscono infatti che, già nelle fasi inizialissime dello sviluppo embrionale, emergono due programmi progenitori separati e non sovrapposti: uno destinato a prosencefalo e mesencefalo, l’altro al rombencefalo, che comprende il tronco encefalico. 1

La distinzione non riguarda due cervelli indipendenti nell’adulto. Riguarda piuttosto il loro sviluppo: regioni che nel cervello maturo sono connesse e lavorano insieme sembrano avere origini cellulari precoci differenti.

Due popolazioni già durante la gastrulazione

Gli scienziati hanno studiato embrioni di topo durante la gastrulazione, una fase molto precoce in cui prendono forma i principali assi del corpo. Hanno identificato una popolazione anteriore di ectoderma neurale che esprime il gene Otx2 e genera prosencefalo e mesencefalo, e una popolazione posteriore che esprime Gbx2, già indirizzata verso il rombencefalo. 1

Secondo Stanford Medicine, le due popolazioni non si sovrapponevano nelle prime fasi osservate: erano reciprocamente esclusive. Questo sostiene un modello nel quale i programmi anteriori e posteriori non derivano dalla graduale specializzazione di un singolo progenitore neurale comune, ma vengono specificati in parallelo fin dall’inizio. 1

Il ruolo della cromatina: destini cellulari diversi

Il gruppo ha analizzato anche la cromatina, cioè l’organizzazione del DNA che influenza quali geni una cellula può utilizzare. Le cellule dell’ectoderma neurale anteriore e posteriore mostravano stati della cromatina differenti.

Nell’interpretazione dei ricercatori, questo dato rafforza l’ipotesi di due destini di sviluppo distinti: le cellule associate a Otx2 e quelle associate a Gbx2 non sarebbero semplicemente cellule intercambiabili esposte in seguito a segnali diversi, ma cellule già impegnate lungo percorsi diversi. 1

Otx2 e Gbx2 erano già noti come marcatori di territori opposti attorno alla futura giunzione tra mesencefalo e rombencefalo: Otx2 è necessario per lo sviluppo di prosencefalo e mesencefalo, mentre Gbx2 è necessario per la parte anteriore del rombencefalo. Il nuovo lavoro colloca questa separazione in popolazioni progenitrici distinte in uno stadio particolarmente precoce. 1

Perché cambia la produzione di neuroni in laboratorio

La scoperta ha una conseguenza pratica per la ricerca sulle cellule staminali. Se il rombencefalo segue una propria via associata a Gbx2, tentare di trasformare un progenitore neurale già orientato verso le regioni anteriori in una cellula posteriore potrebbe non rispettare un vincolo essenziale dello sviluppo.

I ricercatori hanno quindi guidato cellule staminali pluripotenti umane lungo il programma posteriore. Stanford Medicine riferisce che così sono riusciti a produrre in vitro neuroni motori umani del rombencefalo funzionali: le cellule generavano potenziali d’azione e presentavano caratteristiche molecolari associate a regioni coinvolte nel controllo dei movimenti del viso e della deglutizione. 1

Un modello più mirato per le malattie del tronco encefalico

I neuroni motori del rombencefalo sono rilevanti per patologie in cui il malfunzionamento del tronco encefalico può influire su deglutizione e respirazione, tra cui l’atrofia muscolare spinale e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA).

Il risultato non costituisce una terapia, né dimostra che le cellule coltivate riproducano ogni aspetto di queste malattie. Il valore immediato è quello di un modello sperimentale più specifico: cellule umane con un’identità regionale e una funzione più vicine a quelle dei neuroni del tronco encefalico che si vogliono studiare. 1

Una logica evolutiva molto antica

Il gruppo ha inoltre riportato un’organizzazione a due origini comparabile in embrioni di pollo e pesce zebra, oltre che nei vermi ghianda, lontani parenti deuterostomi dei vertebrati. Da questi confronti gli autori inferiscono che la divisione tra programmi neurali anteriori e posteriori sia molto antica, dell’ordine di 550 milioni di anni. 1

Si tratta di un’inferenza evolutiva basata su un’organizzazione dello sviluppo condivisa, non dell’affermazione che i cervelli moderni di questi animali siano identici. Ciò che sembra essersi conservato è la logica di base: due programmi neurali precoci, uno anteriore e uno posteriore, contribuiscono a formare un sistema nervoso integrato.

Cosa significa davvero parlare di «due organi»

La formula è volutamente forte, ma va letta con precisione. Non significa che gli esseri umani adulti abbiano due cervelli scollegati o funzionalmente autonomi. Prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo sono anatomicamente connessi e interdipendenti.

L’affermazione sostenuta dai dati è più circoscritta: prosencefalo/mesencefalo e rombencefalo sembrano derivare da linee progenitrici embrionali precoci, distinte e non sovrapposte. Questa prospettiva può aiutare a spiegare perché sia stato difficile produrre in coltura tipi cellulari autentici del tronco encefalico e perché seguire la corretta traiettoria embrionale faccia la differenza. 1