Il cervello non nasce da un unico progenitore neurale, ma da due linee diverse

Il cervello umano non deriva da un unico progenitore neurale comune che si diversifica progressivamente nelle sue diverse regioni, ma da due popolazioni progenitrici parallele e già distinte fin dalle primissime fasi dello sviluppo embrionale, una destinata a formare proencefalo e mesencefalo, l'altra il rombencefalo. Lo dimostra uno studio pubblicato su Nature Neuroscience, che risolve una questione dibattuta dal 1952, quando Nieuwkoop propose per primo l'esistenza di un progenitore neurale comune capace di generare l'intero encefalo.

Le mappe neuronali fatte finora avevano suggerito che, già durante la gastrulazione, le cellule dell'ectoderma neurale fossero in realtà predestinate a formare specifiche regioni cerebrali, ma questi studi non potevano escludere che si trattasse solo di una questione di posizione all'interno dell'embrione, con le cellule esposte a segnali diversi piuttosto che geneticamente già specificate.

Per rispondere, gli autori hanno studiato nel topo due popolazioni di cellule neurali precoci che non si sovrappongono tra loro, riconoscibili per l'espressione di geni diversi: una "anteriore" (marcata dal gene Otx2), destinata a proencefalo e mesencefalo, e una "posteriore" (marcata da Gbx2), destinata al rombencefalo. Hanno poi riprodotto queste due popolazioni in laboratorio a partire da cellule staminali umane, osservando che ciascuna era effettivamente vincolata al proprio destino e mostrava già tratti della sua identità futura, molto prima della comparsa dei marcatori tipici dei progenitori neurali maturi come Pax6 e Sox1.

Lo studio ha anche chiarito quali segnali guidano questa specializzazione. Le cellule anteriori si ottengono bloccando alcune vie di segnalazione note per orientare lo sviluppo embrionale. Per ottenere le cellule posteriori, invece, serve in aggiunta la combinazione di due segnali, il fattore di crescita FGF e l'acido retinoico: nessuno dei due, da solo, è sufficiente. Grazie a questa "ricetta", i ricercatori sono riusciti a produrre motoneuroni del tronco encefalico funzionanti, capaci di generare potenziali d'azione sia in risposta a stimoli elettrici sia alla stimolazione con la luce (optogenetica). Si tratta di cellule finora molto difficili da ottenere in vitro, ma di grande interesse clinico per malattie come la SLA e l'atrofia muscolare spinale, in cui la degenerazione dei motoneuroni bulbari compromette deglutizione e respirazione.

Un ultimo aspetto riguarda l'evoluzione: popolazioni analoghe sono state trovate anche nel macaco, nel pollo, nel pesce zebra e, sorprendentemente, in un verme marino (Saccoglossus kowalevskii) che ha condiviso un antenato comune con i vertebrati circa 550-600 milioni di anni fa. Questo suggerisce che il modello a due progenitori sia un meccanismo antichissimo, conservato in un ampio ramo del regno animale. Gli autori propongono un parallelo con il cuore, che si forma dalla convergenza di due gruppi di progenitori distinti: anche il cervello andrebbe quindi considerato un organo "composito", non il prodotto di un unico programma di sviluppo.

Restano alcune domande aperte. Non è escluso che, per un brevissimo periodo, esista un progenitore comune transitorio prima della separazione nelle due popolazioni. Inoltre, la prova definitiva che il destino di queste cellule sia già fissato nell'embrione vivente richiederebbe di trapiantarle in zone diverse da quelle di origine, un esperimento tecnicamente non ancora realizzabile.