Studiati i granchi per comprendere i circuiti neurali

Un obiettivo di lunga data nelle neuroscienze è quello di classificare le molte cellule del cervello in categorie discrete in base alla loro funzione. Tali categorie possono aiutare i ricercatori a comprendere i complessi circuiti neurali che alla fine danno origine a comportamenti e malattie. Tuttavia, c'è poco consenso su quali metriche dovrebbero definire l'identità di una cella.

In un nuovo studio, effettuato grazie a una collaborazione nata in parte con il Neural Systems & Behavior (NS&B) (1) presso il Marine Biological Laboratory, i ricercatori hanno verificato come l'identità di una cellula possa essere descritta esclusivamente dai geni che esprime. Lo studio, pubblicato dal Proceedings of National Academy of Sciences, (2) avvalora l'esistenza di un approccio più “multimodale” per la definizione dell'identità cellulare.

Utilizzando tecniche di sequenziamento dell'RNA, i ricercatori possono acquisire un'istantanea di tutti i geni che sono attualmente attivi all'interno di una cellula. Ma sta diventando sempre più chiaro che tali strategie possono essere limitate nella loro capacità di fornire un quadro completo dell'identità cellulare o rappresentare cambiamenti nel tempo.

Insieme ai loro collaboratori, gli istruttori della Neural Systems & Behavior (NS&B) Hans Hofmann, (3) David Schulz (4) ed Eve Marder (5) hanno messo alla prova due usuali metodi basati sull'RNA: il sequenziamento dell'RNA a singola cellula e l'RT-PCR quantitativa. Essi hanno applicato queste tecniche a due cluster nervosi ben studiati nel granchio di Jonah (Cancer borealis), i gangli stomatogastrici e cardiaci. Questo protocollo ha permesso al team scientifico di confrontare i risultati degli approcci basati sull'RNA con altre metriche conosciute dell'identità cellulare.

Il team ha scoperto che le identità cellulari generate dai profili RNA completi, o “trascrittomi”, non corrispondevano alle identità cellulari esistenti che avevano compilato in anni di osservazione. In effetti, la classificazione delle cellule in base al loro intero “trascrittoma” alla fine ha prodotto identità “confuse”.

Tuttavia, poiché i ricercatori hanno ulteriormente perfezionato la selezione dei geni chiave da inserire nella loro analisi, i profili di RNA hanno iniziato ad assomigliare più da vicino alle identità acquisite da altri attributi, come schemi di innervazione, morfologia e fisiologia. Pertanto, questo approccio multimodale ha il potenziale per rivelare una rappresentazione più accurata dell'identità cellulare rispetto al solo sequenziamento dell'RNA.

Secondo il dottor Hans Hofmann, la maggior parte degli studi non si preoccupa di convalidare i dati trascrittomici con altre metriche di identità cellulare come la morfologia e la fisiologia. A tal proposito egli puntualizza: “La classificazione e la caratterizzazione dei tipi di cellule vengono spesso eseguite nel contesto di studi specifici e non basati su un approccio sistematico. Dobbiamo davvero raccogliere molti dati aggiuntivi, anche tra le specie, per elaborare una solida tassonomia dei tipi di cellule.”

Il dottor David Schulz aggiunge: “Il sequenziamento dell'RNA è straordinariamente promettente, ma questo studio fornisce un controllo prezioso e necessario. Piuttosto che basarsi interamente sull'analisi applicata alla cieca sul tipo di cellula, ogni volta che è possibile è importante considerare anche più modalità di informazione.”

Il trucco, concordano Hofmann e Schulz, è sapere quali dati sono indicativi dell'identità cellulare e quali sono semplicemente “rumori” che interferiranno con una accurata classificazione.

I ricercatori devono infine concordare una definizione di “identità cellulare”. Tracciare confini precisi tra i tipi di cellule è utile in molti modi, ma alla fine può essere problematico.

“Presto”, conclude David Schulz, “inizieremo a vedere i limiti del tentativo di imporre categorie molto discrete sullo spettro dei tipi di cellule all'interno e tra gli individui”.

Il Marine Biological Laboratory (MBL) è dedicato alla scoperta scientifica. Esso si occupa di esplorare la biologia fondamentale, comprendere la biodiversità marina e l'ambiente e informare la condizione umana attraverso la ricerca e l'educazione. Fondata a Woods Hole, nel Massachusetts, nel 1888, l'MBL è un'istituzione privata senza fini di lucro e una consociata dell'Università di Chicago.

Riferimenti:

(1) Neural Systems & Behavior (NS&B)

(2) Molecular profiling of single neurons of known identity in two ganglia from the crab Cancer borealis

(3) Hans Hofmann

(4) David Schulz

(5) Eve Marder

Descrizione foto: un giovane granchio di Jonah (Cancer borealis). - Credit: Virginia Garcia.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: From Crab Studies, a Broader Approach to Identifying Brain Cells