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I ricercatori identificano un programma genetico in Drosophila che protegge i neuroni dalla degenerazione

I ricercatori dell’Università di Bonn hanno identificato un programma genetico precedentemente sconosciuto nella Drosophila. Il materiale genetico coinvolto controlla lo sviluppo dei neuroni proteggendoli anche dalla degenerazione.

Sono cambiati con difficoltà nel corso dell’evoluzione nel corso di centinaia di milioni di anni e sono presenti in forma simile anche nell’uomo. I dati preliminari mostrano che probabilmente svolgono compiti simili lì. Pertanto i risultati possono anche fornire un punto di partenza per nuovi principi attivi per le malattie neurodegenerative. È stato pubblicato sulla rivista neurone.

Il cervello di un moscerino della frutta è appena più grande del punto su questa lettera, eppure è composto da circa 100.000 neuroni. Ci sono circa un milione di volte il numero di neuroni nel cervello umano. E anche altre differenze tra i due pensatori sono significative: dopotutto, le tracce di Drosophila melanogaster (come la specie è conosciuta con il suo nome scientifico) e Homo sapiens si sono separate diverse centinaia di milioni di anni fa durante l’evoluzione.

Tuttavia, ci sono sorprendenti somiglianze tra i due oggetti. L’attuale studio ha ora scoperto un altro di loro. Il gruppo di ricerca guidato dal professor Dietmar Schmacker del Lims Institute dell’Università di Bonn ha studiato la funzione che un particolare materiale genetico della Drosophila svolge nel suo sviluppo cerebrale. “Abbiamo specificamente disattivato i singoli geni e osservato come i neuroni sono cambiati di conseguenza”, spiega Schmucker, che è professore Humboldt a Bonn dal 2019. E lungo la strada, abbiamo scoperto un gene chiamato WNK, che svolge un incredibile duplice ruolo. . “

WNK ha un doppio ruolo

Questa scoperta cruciale è stata fatta dall’autore principale dello studio, il dottor Azadeh Izadevar, uno studente post-dottorato nel gruppo di lavoro Schmucker. È stata in grado di dimostrare che la WNK è essenziale per il legame neuronale durante lo sviluppo del sistema nervoso. Se il gene non è presente, ad esempio, a causa di una mutazione indotta sperimentalmente, non si verifica la ramificazione degli assoni. Questi assoni sono rami cellulari simili a cavi che trasmettono segnali elettrici ad altri neuroni. Di solito sono collegati a molte diverse cellule recettoriali tramite sinapsi. Isadivar afferma che “senza la proteina WNK, i rami assonali funzionali sono in gran parte assenti”.

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Tuttavia, negli animali adulti, la WNK sembra proteggere gli assoni esistenti. Se il materiale genetico viene spento in questo momento tardivo, i rami degenerano negli animali adulti. Schmoker postula: “Entrambi i lavori possono essere due facce della stessa medaglia”. Questo perché WNK sembra essere parte di una rete regolatoria che controlla sia la formazione durante lo sviluppo che la degenerazione delle connessioni neuronali negli animali adulti.

Il gene contiene un progetto per ciò che è noto come chinasi. Si tratta di un enzima che “incolla” alcuni componenti chimici ad altre proteine, controllando così la loro attività. La chinasi WNK regola e supporta un fattore chiamato NMNAT, che protegge i neuroni. Allo stesso tempo, inibisce almeno altre due proteine ​​chiamate Sarm e Axed. Entrambi sono noti per svolgere un ruolo importante nella neurodegenerazione attiva degli assoni.

Un importante equilibrio tra protezione e degrado

Tuttavia, le chinasi potrebbero non essere direttamente coinvolte in questi processi opposti. Imposta un parametro non ancora noto, regolando così l’equilibrio tra protezione e degrado. Entrambi i processi sono necessari per la funzione cerebrale.

Questi risultati possono fornire un nuovo impulso alla comprensione di come le malattie neurodegenerative si verificano negli esseri umani e come possono essere trattate. Questo perché gli enzimi WNK si trovano anche nei mammiferi, sia nei topi che in noi. Non solo, ma sembra anche necessario proteggere anche i nostri neuroni. I risultati di una collaborazione con un gruppo di ricerca guidato dal professor Frank Pollux della Columbia University di New York puntano almeno in questa direzione.

Il team è stato in grado di dimostrare che le chinasi WNK sono importanti anche per la formazione di rami assonali nei topi e che la loro perdita porta alla degenerazione assonale. “Alcune mutazioni WNK nell’uomo sono anche note per portare a danni ai nervi, chiamati neuropatia periferica, che è associata a disturbi sensoriali avanzati nelle braccia e nelle gambe”, spiega Schmucker.

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Schmucker spera che la chinasi WNK possa essere di beneficio terapeutico nella lotta alle malattie neurodegenerative, come l’iperattività con un ingrediente attivo, aumentando così la sua capacità di proteggere i neuroni.

Lo studio dimostra anche le intuizioni di vasta portata che possono essere ottenute da organismi semplici come il moscerino della frutta. Il gruppo di ricerca di Schmucker sta ora utilizzando un secondo sistema modello: la rana artigliata occidentale Xenopus Tropis. Come vertebrato, assomiglia più agli umani che a una mosca. Anche i girini di Xenopus sono più o meno trasparenti. Si possono così osservare gli effetti di alcune manipolazioni genetiche sulla crescita e la degenerazione dei neuroni nell’animale vivente.

Istituzioni partecipanti e finanziamenti:

Lo studio è stato sostenuto dal finanziamento della “Research Foundation – Flanders” (FWO) belga, della Fondation pour la Recherche Medicale (FRM) in Francia, dell’Unione Europea nell’ambito delle sue sovvenzioni ERC, della Fondazione Humboldt, della Fondazione Roger De Spoelberch e la Thompson Family Foundation Initiative. Oltre all’Università di Bonn, KU Leuven, l’Università di Lione, la Columbia University di New York e l’Università di Tokyo sono state coinvolte nel lavoro.

Fonte:

Riferimento alla rivista:

Izadivar, a. e altri. (2021) La formazione e il mantenimento degli assoni richiedono una funzione protettiva avanzata e conservata delle chinasi Wnk che sono incompatibili con Sarm e Axed. neurone. doi.org/10.1016/j.neuron.2021.07.006.

Orsina Fiorentini
Orsina Fiorentini
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