Scienziati della Harvard Medical School, dell'Ospedale per Bambini di Boston e dei loro collaboratori hanno scoperto un meccanismo vitale di controllo qualità che opera all'interno del cervello fetale in sviluppo. Pubblicato questa settimana su Nature, lo studio rivela che mentre il cervello umano genera un eccesso di neuroni durante lo sviluppo, quelli che trasportano molteplici varianti del numero di copie – come duplicazioni o delezioni del DNA – vengono sistematicamente rimossi intorno al momento della nascita.
Il team di ricerca ha utilizzato il sequenziamento dell'intero genoma a singola cellula per analizzare oltre 1.500 neuroni da 16 individui, validando i risultati con un sequenziamento più approfondito di oltre 800 neuroni da altri 12 soggetti. I loro dati hanno indicato che quasi il 26 percento dei neuroni nella corteccia prenatale possedeva varianti diffuse del numero di copie. Tuttavia, questa cifra è diminuita rapidamente a una media del 6,2 percento dopo la nascita. Gli scienziati hanno osservato che i neuroni con queste estese alterazioni genetiche sono stati principalmente eliminati nel periodo perinatale, una tempistica che parallela i periodi di morte cellulare programmata.
Secondo lo studio, intitolato "Eliminazione perinatale dei neuroni corticali umani geneticamente aberranti", queste interruzioni genomiche probabilmente compromettono la capacità dei neuroni di formare sinapsi. Sequenziando il DNA e l'RNA da oltre 44.000 cellule individuali, il team ha scoperto che i neuroni anomali presentavano un'espressione irregolare di geni essenziali per creare e mantenere le connessioni neurali. Questo fallimento nell'istituire collegamenti critici durante lo sviluppo fetale innesca la loro eliminazione in ciò che i ricercatori descrivono come una competizione darwiniana per la sopravvivenza.
Christopher Walsh, MD, PhD, co-autore senior e professore presso l'Ospedale per Bambini di Boston, ha notato la prevalenza inaspettata di queste varianti nello sviluppo precoce ma ha spiegato che ciò è in linea con i processi noti di formazione eccessiva di neuroni. Ha sottolineato che questa lotta per le connessioni sinaptiche funge da meccanismo di controllo qualità della natura. Diane Shao, MD, PhD, co-autrice principale, ha aggiunto che le interruzioni di questo sistema potrebbero contribuire a disturbi dello sviluppo neurologico come l'autismo, la schizofrenia, l'epilessia e la disabilità intellettiva.
Sebbene lo studio confermi che i neuroni difettosi continuano ad essere eliminati durante tutta l'età adulta a un ritmo più lento, l'evento principale di potatura si verifica nel periodo perinatale. I ricercatori stanno ora indagando se questo processo di eliminazione differisca negli individui con autismo e altre condizioni dello sviluppo neurologico. Stanno anche esplorando il potenziale ruolo di questo meccanismo nei disturbi neurodegenerativi a esordio nell'età adulta come la malattia di Alzheimer, con l'obiettivo di migliorare i trattamenti futuri per le condizioni in cui lo sviluppo neurale va storto.