Gli scienziati scoprono una proteina chiave responsabile dell'asimmetria cerebrale

Grazie a nuove ricerche, i meccanismi genetici alla base delle differenze uniche tra destra e sinistra nel cervello sono ora meglio compresi, aprendo la strada a una migliore comprensione dei disturbi umani associati ad un'asimmetria cerebrale anomala.

Una proteina chiamata Cachd1 svolge un ruolo chiave nel determinare la diversa struttura e funzione neurale su ciascun lato del cervello, come hanno scoperto ricercatori dell'UCL, del Wellcome Sanger Institute, dell'Università di Oxford e altri coautori. Lo studio è pubblicato sulla rivista Science.

Conducendo esperimenti genetici su pesci zebra, i ricercatori hanno scoperto che quando il gene Cachd1 è mutato, il lato destro del cervello perde il suo normale sviluppo asimmetrico e diventa un'immagine speculare del lato sinistro. Questo disturbo causa una connettività neurale anomala, che compromette le funzioni cerebrali.

Questa scoperta getta luce sui meccanismi genetici alla base dell'asimmetria cerebrale, un fenomeno osservato in molte specie animali, incluso l'uomo. La comprensione di questi processi potrebbe portare a una migliore comprensione dei disturbi umani in cui l'asimmetria cerebrale è alterata, come la schizofrenia, il morbo di Alzheimer e i disturbi dello spettro autistico.

Nonostante la loro anatomia speculare, gli emisferi destro e sinistro del cervello umano presentano differenze funzionali che influenzano le connessioni neurali e i processi cognitivi come il linguaggio. Il modo in cui si formano queste differenze tra i due emisferi nei circuiti neurali è ancora poco compreso.

Utilizzando il pesce zebra, un noto organismo modello per lo studio dello sviluppo cerebrale grazie ai suoi embrioni trasparenti, i ricercatori hanno deciso di studiare in che modo Cachd1 potrebbe influenzare l'asimmetria cerebrale.

Il team ha scoperto che quando Cachd1 subisce una mutazione, una regione del cervello chiamata abenula perde la sua normale distinzione tra destra e sinistra. I neuroni del lato destro diventano simili ai neuroni del lato sinistro, il che interrompe le connessioni neurali nell'abenula e potenzialmente ne compromette la funzionalità.

L'abbattimento di cachd1 con morpholinos determina una simmetria bilaterale. (AB) Vista dorsale a 4 giorni dalla fecondazione in larve di tipo selvatico non iniettate e in larve iniettate con morpholino cachd1 dopo ibridazione in situ su tutto il campione utilizzando ribosonde antisenso contro il marcatore asimmetrico dell'abenula dorsale kctd12.1. (C) RT-PCR semiquantitativa dei trascritti di cachd1. Fonte: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Gli esperimenti di legame proteico hanno dimostrato che Cachd1 si lega a due recettori che consentono alle cellule di comunicare attraverso la via di segnalazione Wnt, una delle vie di comunicazione cellulare più studiate, che svolge un ruolo importante nello sviluppo iniziale, nella formazione delle cellule staminali e in molte malattie.

Inoltre, gli effetti di Cachd1 sembrano essere specifici dell'emisfero destro del cervello, suggerendo l'esistenza di un fattore inibitorio sconosciuto che ne limita l'attività nell'emisfero sinistro. Sebbene i dettagli completi non siano ancora chiari, i dati suggeriscono fortemente che Cachd1 svolga un ruolo chiave nello stabilire la distinzione tra l'emisfero sinistro e quello destro del cervello in via di sviluppo, regolando la comunicazione cellulare specificamente nell'emisfero destro.

Studi futuri esamineranno se Cachd1 svolge altre importanti funzioni correlate al percorso Wnt.

"Si è trattato di un progetto altamente collaborativo che ha tratto grandi benefici da un approccio interdisciplinare: genetica, biochimica e biologia strutturale si sono unite per comprendere meglio la formazione dell'asimmetria destra-sinistra nel cervello, nonché per identificare un nuovo componente di un'importante via di segnalazione con molteplici ruoli nella salute e nella malattia", afferma il dott. Gareth Powell, coautore dello studio, ex studente di dottorato del Wellcome Sanger Institute e ora membro del Dipartimento di biologia cellulare e dello sviluppo dell'UCL.

"Sono lieto di vedere la pubblicazione di questo studio altamente collaborativo, che ha riunito molte persone di talento con diversi interessi di ricerca e competenze provenienti da diversi istituti. Insieme, il team ci ha permesso di fare nuove entusiasmanti scoperte sia sulla via di segnalazione di Wnt che sullo sviluppo dell'asimmetria cerebrale", ha affermato il Professor Steve Wilson, autore senior dello studio e membro del Dipartimento di Biologia Cellulare e dello Sviluppo dell'UCL.