Due gruppi di cellule di partenza
Per decenni, i libri di biologia hanno descritto il cervello come cresciuto da un'unica cellula progenitrice precoce che dà origine a ogni parte dell'organo. Uno studio guidato dalla Stanford Medicine, pubblicato su Nature Neuroscience il 18 settembre, afferma che questa immagine è sbagliata.
Osservando gli embrioni durante la gastrulazione, la fase in cui un semplice gruppo di cellule si organizza in strutture corporee, il team ha identificato due distinti gruppi di cellule progenitrici neurali. Il prosencefalo e il mesencefalo derivano da una popolazione. Il rombencefalo, che controlla respirazione, frequenza cardiaca e deglutizione, si sviluppa da una seconda popolazione con un'origine separata.
"Abbiamo dimostrato per la prima volta che la parte anteriore del cervello deriva da una cellula progenitrice totalmente diversa da quella della parte posteriore del cervello", ha detto Kyle Loh, professore associato di biologia dello sviluppo a Stanford e autore senior del lavoro.
Un enigma nella piastra
La scoperta è nata da un problema di laboratorio. Le cellule staminali della parte anteriore del cervello erano facili da coltivare in una piastra, mentre le cellule destinate a diventare tessuto del rombencefalo quasi mai attecchivano. Il nuovo lavoro spiega perché: esperimenti precedenti cercavano di indurre progenitori del prosencefalo e del mesencefalo a diventare cellule del rombencefalo, cosa che lo studio dimostra essere impossibile. Partendo dalla corretta popolazione di progenitori, i ricercatori hanno coltivato neuroni che generavano potenziali d'azione e producevano proteine che marcano i segmenti del rombencefalo che controllano i muscoli facciali e della deglutizione.
550 milioni di anni di cablaggio
Il team ha poi guardato indietro nel tempo evolutivo. Ha trovato lo stesso schema a due origini nei polli, nei pesci zebra e nei vermi ghianda, piccole creature del fondo oceanico che condividono un antenato lontano con gli esseri umani. Le meduse, che si sono separate dalla linea umana circa 600-700 milioni di anni fa, mantengono due sistemi nervosi a estremità diverse del loro corpo.
Gli autori sostengono che l'evoluzione non ha inventato un cervello da zero. Ha preso due sistemi nervosi che già esistevano e li ha spinti insieme spazialmente. "Avere il cervello come un unico organo sarebbe probabilmente più efficiente, ma ci affidiamo a questo modo primordiale di costruire il cervello come due pezzi separati", ha detto Loh. Poiché le due metà sono costruite con regole diverse, la scoperta potrebbe cambiare il modo in cui i ricercatori modellano in laboratorio condizioni come i disturbi del rombencefalo.