Immaginiamo il tessuto cerebrale come una metropoli densamente popolata, in cui i neuroni rappresentano i cittadini che comunicano incessantemente tra loro: affinché questa rete non collassi, è essenziale l’intervento di un “sistema di manutenzione” che rimuova i detriti e gestisca le emergenze. Quando gli addetti a questo servizio smettono di svolgere le loro mansioni e innescano uno stato di allarme costante, l’intero ambiente urbano ne risente e inizia a deteriorarsi. Mutatis mutandis, una dinamica simile si verifica nel cervello: un nuovo studio coordinato dall’Institut Imagine di Parigi in collaborazione con l’Università degli studi di Milano, pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience, illustra infatti come una condizione prolungata di stress in alcune cellule specifiche possa interrompere la comunicazione cerebrale e favorire la progressione delle malattie neurodegenerative.
Gli autori del lavoro, in particolare, si sono concentrati sulla cosiddetta microglia, costituita da cellule immunitarie fondamentali per la sorveglianza e il mantenimento dell’equilibrio del cervello che proteggono il tessuto nervoso e dialogano costantemente con i neuroni e con altre cellule di supporto. Le “alterazioni” osservate in questo studio si verificano quando i mitocondri – le strutture cellulari responsabili della produzione di energia e di numerose funzioni biologiche – non riescono più a gestire in modo corretto la qualità delle proprie proteine. Di fronte a questo difetto, la microglia entra in uno stato di stress persistente che modifica il suo metabolismo e le impedisce di supportare il sistema nervoso, avviando invece processi infiammatori e di senescenza (invecchiamento) cellulare.
Il “peso” dello stress mitocondriale
La ricerca ha indagato un preciso meccanismo di difesa noto come mitochondrial unfolded protein response (mtUPR): gli esperti hanno osservato che, se questo stato di allerta persiste cronicamente, la microglia va incontro a un profondo rimodellamento metabolico, caratterizzato da un’alterazione dei lipidi e da un impoverimento di specifiche molecole come la S-adenosilmetionina. “Il nostro studio mostra come un meccanismo cellulare normalmente deputato alla protezione dei mitocondri possa, se attivato in modo cronico nella microglia, contribuire a creare un ambiente sfavorevole per il tessuto nervoso”, spiega Dario Brunetti, del Dipartimento di Scienze Cliniche e di Comunità dell’Università degli Studi di Milano e della Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, uno degli autori dello studio. “I risultati aiuteranno a comprendere meglio il legame tra alterazioni della proteostasi mitocondriale, infiammazione e neurodegenerazione, e confermano l’importanza di studiare anche le malattie rare per individuare processi biologici più ampi”.
Il contesto: da cellule spazzine a registi della neurodegenerazione
Per decenni, a partire dalla loro prima identificazione formale da parte del neurobiologo Pío del Río-Hortega nel 1919, le cellule della microglia sono state considerate perlopiù elementi passivi, dei meri “spazzini” utili a ripulire il cervello dopo un danno. Negli ultimi anni, tuttavia, la neuroscienza ha progressivamente compreso la loro natura dinamica e causale nell’insorgenza delle patologie, e il lavoro appena pubblicato si innesta in questo filone, focalizzandosi sullo studio di difetti genetici rari per comprendere meglio malattie comuni. In particolare, è stata esaminata la mutazione del gene PITRM1, che codifica per un enzima mitocondriale la cui disfunzione favorisce l’accumulo di proteina beta-amiloide, associata alla malattia di Alzheimer: questo approccio offre una chiave di lettura preziosa per decifrare dinamiche rilevanti anche nelle forme più comuni di demenza legate all’invecchiamento.
I limiti metodologici e la validità dei modelli
Sul piano metodologico, per ricostruire queste complesse interazioni biologiche gli autori non si sono limitati a singole linee cellulari isolate, ma hanno integrato modelli murini e piattaforme umane avanzate. Hanno impiegato organoidi cerebrali e “triculture” in vitro (composte al 30% da neuroni, 60% da astrociti e 10% da microglia derivata da cellule staminali pluripotenti umane), usando un metodo molto sofisticato, il sequenziamento dell’rna a singola cellula su oltre 7.160 cellule ad alta qualità, per mappare le reti di comunicazione. Esistono, tuttavia, alcune limitazioni intrinseche che richiedono cautela: i modelli tridimensionali in vitro, per quanto sofisticati, non riproducono l’intera architettura sistemica del cervello adulto umano, e inferire le cause dell’invecchiamento cerebrale sporadico avvalendosi di difetti genetici rari indotti o di inibizioni farmacologiche potrebbe non catturare l’intera complessità temporale di decenni di declino cognitivo umano.
Le prospettive terapeutiche e i nodi da sciogliere
Una delle scoperte più dibattute nel campo riguarda proprio il duplice ruolo dello stress mitocondriale. Mentre in organismi semplici (come i nematodi) l’attivazione della mtUPR nella glia ha dimostrato effetti neuroprotettivi in grado di estendere la sopravvivenza, nel cervello umano la cronicizzazione di questo stesso meccanismo genera disfunzioni autolimitanti e senescenza. Questa asimmetria biologica richiede massima cautela nello sviluppo di farmaci che mirino ad accendere indiscriminatamente queste risposte immunitarie.
“La microglia è sempre più riconosciuta come un elemento centrale nei processi di invecchiamento e neurodegenerazione”, conclude Michela Deleidi, un’altra degli autori dello studio. “Il nostro lavoro indica che lo stress mitocondriale può modificare il comportamento di queste cellule, alterando il dialogo con neuroni e altre cellule gliali. Comprendere questi meccanismi potrà contribuire a individuare nuove strategie mirate alle componenti cellulari e metaboliche coinvolte nelle malattie neurodegenerative”.