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Il nuovo studio rivede lo sviluppo, origine evolutiva del cervello vertebrato

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I ricercatori hanno fatto la prima mappa dettagliata delle regioni in cui il cervello di uno degli organismi più strettamente connessi ai vertebrati è diviso ed in cui potremmo darci un'idea di cui il nostro antenato era come.

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Uno studio recentemente pubblicato nella biologia di PLOS fornisce informazioni che cambiano sostanzialmente l'idea prevalente circa il processo di formazione del cervello in vertebrati e fanno una certa luce su come potrebbe evolversi.

I risultati indicano che l'interpretazione ha mantenuto precedentemente per quanto riguarda le regioni principali formate all'inizio dello sviluppo vertebrato del cervello non è corretta. Questa ricerca è stata condotta insieme dai ricercatori José Luis Ferran e Luis Puelles del dipartimento dell'anatomia umana e della psicobiologia del UMU; Manuel Irimia del centro per il regolamento genomica (CRG) e Jordi García Fernández del dipartimento della genetica dell'università di Barcellona.

Il cervello di un organismo invertebrato, il amphioxus (un chordate marino del tipo di pesce), di cui il posto nell'albero evolutivo è molto vicino all'origine dei vertebrati, è stato usato per la ricerca.

Facendo uso dei dati ottenuti, i ricercatori hanno fatto la prima mappa dettagliata delle regioni in cui il cervello del questo specie, che abita nel fondale marino ed ha una vita molto semplice, è diviso.

«Abbiamo precisato per capire che cosa il cervello del amphioxus del cephalocordate era come. È un organismo invertebrato molto semplice, anche se molto chiudersi a noi nei termini evolutivi, quindi ci dà alcune comprensioni quanto a cui i nostri antenati potrebbero essere come. Quindi, confrontando i territori del cervello vertebrato moderno a quello del amphioxus, noi abbiamo analizzato che cosa potrebbero accadere per condurrli per moltiplicarsi e come così struttura complessa è stato formato nel corso della nostra evoluzione,» abbiamo spiegato il conferenziere del dipartimento dell'anatomia umana e della psicobiologia dell'università di Murcia (UMU) José Luis Ferrán, uno dei ricercatori.

«In questo studio, abbiamo utilizzato il genoarchitecture come nostra struttura sperimentale principale per determinare la regionalizzazione del tubo neurale del amphioxus e per confrontarlo a quella dei vertebrati. In questo quadro, abbiamo generato una mappa molecolare dei modelli di espressione genica in amphioxus, di cui gli omologhi sono conosciuti per partecipare all'istituzione ed alla regionalizzazione dei cervelli vertebrati,» spieghiamo Beatriz Albuixech-Crespo (reparto Genética, Microbiología y Estadística UB e IBUB), primo autore dell'articolo.

Un nuovo modello che smantella molte idee attuali

Questo lavoro indica che il cervello dei vertebrati deve formarsi inizialmente da due regioni (anteriori e posteriori) e non tre (forebrain, mesemcefalo e hindbrain), come proposto dal modello prosomeric corrente.

Nessuna corteccia cerebrale o regione esclusiva che provoca la formazione del mesemcefalo vertebrato è stata individuata in amphioxi. Tuttavia, un territorio comune dentro il forebrain è stato trovato, che hanno definito monete da dieci centesimi di dollaro (primordium dei Di-Mesencephalic), da cui sia il mesemcefalo che altre strutture importanti del forebrain classico deriverebbero. Il territorio delle monete da dieci centesimi di dollaro ha reso tre regioni importanti del cervello vertebrato che sono usate per elaborare le informazioni sensoriali.

«Le tre regioni cerebrali vertebrate del classico (talamo, pretectum e mesemcefalo) sarebbero emerso evolutionarily con l'azione dei centri di segnalazione molecolari che conducono all'espansione ed alla divisione di una parte del tipo di monete da dieci centesimi di dollaro,» ha detto Manuel Irimia del centro per il regolamento genomica (CRG) di Barcellona, uno dei ricercatori principali dello studio. Ciò spiega che se la funzione di questi centri di segnalazione, chiamata organizzatori secondari, si elimina in vertebrati là rimane un singolo territorio simile a quello osservato in amphioxi.

Lo studio sulla formazione di queste tre parti importanti del cervello, che i vertebrati usano per elaborare le informazioni visive, uditive o propioceptive (sulla posizione e sul movimento delle parti del corpo), è utile nella comprensione come il cervello si è adattato all'ambiente ed è capace di informazioni di elaborazione intorno.

L'idea che queste regioni sono state formate indipendente e che ciascuna di loro ha provocato altre regioni è stata provata essere sbagliata. «Il cervello non si è evoluto in isolamento, ma piuttosto con l'interazione di questi animali primitivi con l'ambiente,» ha chiarito il conferenziere dal UMU.

Riassumendo, entrambi i cervelli, amphioxus e vertebrato, sono divisi in due regioni principali: anteriore e posteriore. In amphioxus, le spaccature anteriori di regione in due dominii, mentre in vertebrati è diviso in molte altre parti, compreso le tre regioni suddette che, insieme, corrisponderebbero ad una delle parti del amphioxus.

Conoscere la storia vera della formazione del cervello e della composizione delle sue strutture potrebbe avere un impatto a lungo termine importante, poiché potrebbe «contribuire a spiegare perché sia la composizione che la funzione di una regione sono alterate. Per esempio, potrebbe condurrci ad una migliore comprensione delle malattie in relazione con il cervello e perché alcune regioni sono colpite insieme ed altre non sono,» ha concluso il ricercatore di CRG.

La struttura del cervello è il risultato di un processo evolutivo

Il cervello umano ha subito un processo evolutivo che ha cominciato circa 500 milione anni fa negli animali marini che hanno vissuto sommerso nella sabbia e che hanno condotto al suo primo piano della costruzione di sistema nervoso centrale. Questo sistema progressivamente è stato modificato ed è diviso da tutti i vertebrati moderni.

Lo studio sulle reti genetiche che hanno dato un'identità alle regioni differenti del cervello svolge un ruolo chiave nella nostra comprensione di come si sono evoluti. Per questo motivo, il genoarchitecture è uno strumento potente per la descrizione delle regioni del sistema nervoso, cellule e le loro strutture, permettenti di determinare quali geni sono attivi in ogni territorio o regione durante lo sviluppo e caratterizzare i limiti loro come pure definire, con la massima precisione, quante componenti differenti provengono da ogni regione. È quindi utile nell'aiuto noi riconoscere, dettagliatamente, come il cervello umano somiglia a quello di un altro vertebrato.