Il ruolo del cervelletto nell’evoluzione cognitiva umana
Un team di ricercatori dell’Università di Heidelberg ha condotto uno studio approfondito sullo sviluppo del cervelletto in esseri umani, topi e opossum, scoprendo la sua struttura complessa e il suo ruolo significativo nell’evoluzione cognitiva umana. Queste scoperte forniscono nuove intuizioni sullo sviluppo del cervello e sulle malattie correlate, con particolare attenzione alle cellule di Purkinje e alle variazioni genetiche avvenute nel corso di 160 milioni di anni.
La complessità del cervelletto
Struttura e funzione
Il cervelletto, situato nella parte posteriore del cranio, contiene circa l’80% di tutti i neuroni presenti nel cervello umano. Nonostante ciò, per lungo tempo è stato considerato una regione cerebrale con un’architettura cellulare piuttosto semplice. Tuttavia, recenti evidenze suggeriscono una notevole eterogeneità all’interno di questa struttura, come spiega il Prof. Henrik Kaessmann del Centro di Biologia Molecolare dell’Università di Heidelberg.
Mappatura genetica
I ricercatori di Heidelberg hanno classificato sistematicamente tutti i tipi di cellule presenti nel cervelletto in via di sviluppo di esseri umani, topi e opossum. Utilizzando tecnologie di sequenziamento di singole cellule, hanno raccolto profili molecolari da quasi 400.000 cellule individuali e hanno impiegato procedure che consentono la mappatura spaziale dei tipi cellulari.
Cellule di Purkinje e funzione cognitiva
Importanza nelle fasi iniziali dello sviluppo
I dati raccolti hanno mostrato che nel cervelletto umano, la proporzione di cellule di Purkinje – grandi neuroni complessi con funzioni chiave nel cervelletto – è quasi il doppio rispetto a quella di topi e opossum nelle prime fasi dello sviluppo fetale. Questo aumento è principalmente guidato da specifici sottotipi di cellule di Purkinje che si generano per primi durante lo sviluppo e che probabilmente comunicano con aree neocorticali coinvolte nelle funzioni cognitive nel cervello maturo.
Contributo all’evoluzione umana
“È ragionevole pensare che l’espansione di questi specifici tipi di cellule di Purkinje durante l’evoluzione umana supporti funzioni cognitive superiori negli esseri umani”, spiega la Dr.ssa Mari Sepp, ricercatrice post-dottorato nel gruppo di ricerca del Prof. Kaessmann “Evoluzione funzionale dei genomi dei mammiferi”.
Analisi genetica e intuizioni evolutive
Programmi di espressione genica
Utilizzando approcci bioinformatici, i ricercatori hanno confrontato i programmi di espressione genica nelle cellule del cervelletto di esseri umani, topi e opossum. Questi programmi sono definiti dalle attività finemente regolate di una miriade di geni che determinano i tipi in cui le cellule si differenziano nel corso dello sviluppo. Sono stati identificati geni con profili di attività specifici per tipo cellulare che sono stati conservati tra le specie per almeno circa 160 milioni di anni di evoluzione.
Geni con profili di attività differenziati
Allo stesso tempo, gli scienziati hanno identificato oltre 1.000 geni con profili di attività che differiscono tra esseri umani, topi e opossum. “A livello di tipi cellulari, accade abbastanza frequentemente che i geni ottengano nuovi profili di attività. Ciò significa che geni ancestrali, presenti in tutti i mammiferi, diventano attivi in nuovi tipi cellulari durante l’evoluzione, potenzialmente cambiando le proprietà di queste cellule”, afferma il Dr. Kevin Leiss, che al momento dello studio era dottorando nel gruppo di ricerca del Prof. Kaessmann.
Implicazioni per la ricerca biomedica
Geni associati a disturbi neurologici
Tra i geni che mostrano profili di attività che differiscono tra esseri umani e topi, diversi sono associati a disturbi dello sviluppo neurologico o a tumori cerebrali infantili, spiega il Prof. Pfister, direttore del Centro di Oncologia Pediatrica Hopp di Heidelberg, capo di una divisione presso il Centro di Ricerca sul Cancro Tedesco e oncologo pediatrico consulente presso l’Ospedale Universitario di Heidelberg.
Orientamento nella ricerca di modelli sperimentali
I risultati dello studio potrebbero fornire preziose indicazioni nella ricerca di sistemi modello adeguati – oltre al modello del topo – per esplorare ulteriormente tali malattie. Lo studio è stato finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca e i dati sono disponibili in un database pubblico.
