Ogni neurone possiede almeno mille mutazioni

Un singolo neurone in un normale cervello adulto , indica  una nuova ricerca,  ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano. La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo lo sviluppo del cervello è completo.

Si è scoperto che il genoma di ogni neurone è unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni apparse  in più di una cellula.

Un singolo neurone in un normale cervello adulto ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano, secondo una nuova ricerca de gli scienziati dell’ Howard Hughes Medical Institute (HHMI). La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo che  lo sviluppo del cervello è completato.

“Abbiamo scoperto che i geni -dice Christopher Walsh, investigatore Hospital dei bambini di Boston -, che ha guidato la ricerca come il cervello utilizza più di tutti i geni  più fragili e  con più probabilità di essere mutati”. Walsh, Peter Park ,  biologo computazionale presso la Harvard Medical School, ed i loro colleghi hanno già prodotto una serie di risultati.

Non è ancora chiaro come queste mutazioni naturali impattano sulla funzione di un cervello normale, o in che misura contribuiscono alla malattia. Tracciando la distribuzione delle mutazioni tra le cellule, Walsh e colleghi hanno desunto  nuove informazioni sulle modalità di sviluppo di un cervello umano.

“Il genoma di un singolo neurone è la testimonianza archeologica di quella cellula,- spiega Walsh – siamo in grado di leggere la sua ereditarietà e le sue implicazioni nel modello di mutazioni condivise. Sappiamo, se abbiamo esaminato abbastanza cellule in  abbastanza cervello, di potere decostruire l’intero modello di sviluppo del cervello umano.”Cellule di diverse forme, dimensioni, e funzioni sono intimamente intrecciate all’interno del cervello. Ci si è chiesto a lungo come si genera  la diversità. C’è parecchio  interesse  alla variabilità del genoma tra i neuroni per gli elementi di prova, ottenuti dal laboratorio di Walsh e altri , che le mutazioni che interessano solo una piccola frazione di cellule nel cervello possono causare gravi malattie neurologiche. Tuttavia, chi doveva esplorare la diversità veniva ostacolato dalla scarsa quantità di DNA all’interno di neuroni. Pur isolando il materiale genetico da un singolo neurone, semplicemente non c’era abbastanza DNA per sequenziarlo e quindi  i confronti cellula-cellula erano impossibili.  La squadra di Walsh grazie alla tecnologia disponibile negli ultimi anni, ha amplificato i genoma pieni delle cellule individuali. Con l’abbondanza di DNA ora disponibile, hanno sequenziato completamente il genoma di un singolo neurone e setacciato i luoghi in cui  il codice genetico di quella cellula è diverso da quello di altre cellule.

Sono stati isolati e sequenziati i genomi di 36 neuroni, da cervelli sani donati da tre adulti dopo la loro morte. Per confronto, gli scienziati hanno anche sequenziato il DNA isolato dalle cellule nel cuore di ogni individuo. Questo sforzo ha prodotto montagne di dati, e il gruppo di Walsh ha collaborato con il Parco e Semin Lee,  borsista  nel gruppo del Parco, per dare un senso a tutto questo. Hanno trovato che il genoma di ogni neurone era unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni appaiono in più di una cellula. La natura della variazione non era quella che si era previsto.

“Ci aspettavamo  mutazioni come le mutazioni del cancro,-dice Walsh -, poiché le mutazioni tumorali tendono a sorgere quando il DNA è imperfettamente copiato in preparazione per la divisione cellulare , ma in realtà hanno una firma unica tutta loro. Le mutazioni che si verificano nel cervello sembrano principalmente verificarsi quando le cellule esprimono i loro geni. ”

I neuroni non si dividono, e il più delle volte il loro DNA è protetto da eventuali danni. Quando una cellula deve attivare un gene, si apre il DNA, esponendo il gene in modo che possa essere copiato in RNA, il primo passo nella produzione di proteine. Sulla base dei tipi e le posizioni delle mutazioni che hanno trovato nei neuroni, si è concluso che la maggior parte dei danni del DNA si  verificano durante il processo di svolgimento e copia.

Mentre la maggior parte delle mutazioni nei neuroni erano uniche, una piccola percentuale hanno fatto alzare l’attenzione  in più di una cellula. Queste mutazioni erano originarie quando le future cellule cerebrali erano ancora in divisione, un processo, completo prima della nascita. Queste prime mutazioni sono state trasmesse come cellule divise e migrate, e sono usate per ricostruire una storia parziale, dello sviluppo del cervello.”Sapevamo che le cellule che hanno condiviso una certa mutazione, – spiega Mollie Woodworth, ricercatrice nel laboratorio di Walsh – erano collegate, e si è potuto osservare come le diverse cellule nell’adulto sono legate le une alle altre in fase di sviluppo”. Questa mappatura rivela che cellule strettamente in relazione, potrebbero finire molto distanti tra di loro nel cervello adulto. Un unico pezzo di tessuto cerebrale potrebbe contenere cellule provenienti da cinque diversi lignaggi che divergevano prima che il cervello in via di sviluppo, si separasse da altri tessuti del feto. “Potremmo identificare le mutazioni successe molto presto, prima che il cervello esistesse, e – dice Woodworth – abbiamo trovato che le cellule che hanno avuto queste mutazioni erano annidate accanto alle cellule che avevano mutazioni totalmente differenti “.  Si è trovato, un particolare neurone che potrebbe essere più strettamente correlato a una cellula nel cuore di un neurone adiacente. Si dice  che la compenetrazione tra cellule di diverse origini dello sviluppo, potrebbe proteggere il cervello dagli effetti delle primi insorgenze di mutazioni, potenzialmente nocive. Sebbene la maggior parte delle mutazioni catalogate dagli scienziati erano innocue, le mutazioni d’ incontro hanno sconvolto i geni e , quando le alterazioni  sono presenti in tutto il cervello,  possono causare malattie. “Avendo popolazioni molto contrastanti, – dice Michael Lodato,  ricercatore nel laboratorio di Walsh – cellule  una accanto all’altra e responsabile di un compito simile, non sono strettamente correlate tra loro, quindi non sono propense a condividere la stessa deleteria mutazione ” . Questo,  potrebbe ridurre il rischio che una particolare mutazione  debba interferire con una funzione cerebrale localizzata.

Tuttavia, questa abbondanza di mutazioni influenzano la funzione di un cervello normale. “In che misura queste mutazioni clonali – si chiede Walsh – normalmente plasmano lo sviluppo del cervello, in modo negativo o un modo positivo?Fino a che punto abbiamo un pezzo di cervello che non funziona perfettamente, ma non così tanto che si direbbe una malattia? Questa è una grande questione aperta.”