Un’etichettatura multicolore di singole cellule neurali

La corteccia cerebrale, ovvero lo strato esterno del tessuto neurale del cervello dei mammiferi, ha numerose funzioni, tra cui la memoria, l’attenzione e il linguaggio. Le minicolonne corticali sono le unità funzionali fondamentali della corteccia; ciascuna comprende circa cento neuroni. Le minicolonne si sviluppano da cellule progenitrici all’interno dell’embrione. Finora, è stato difficile marcare simultaneamente più progenitori neurali con etichette distinte e tracciarne i discendenti per lunghi periodi di tempo.

Un progetto in corso finanziato dall’UE, denominato BRAINBOWAKT (Novel genetic engineering approaches for lineage analysis and exploration of Akt function in cortical development), utilizza un metodo rivoluzionario per tracciare singoli neuroni. Nel processo Brainbow, i singoli neuroni nel cervello possono essere distinti da quelli vicini utilizzando proteine fluorescenti.

Gli scienziati hanno sviluppato nuove tecniche di ingegneria genetica, per marcare multipli progenitori vicini e i loro discendenti in vivo con etichette non ambigue. I costrutti Brainbow che esprimono una tavolozza più ampia di marcatori tricromatici (proteine fluorescenti rosse, gialle e ciano) sono stati indirizzati a specifici comparti subcellulari. Tali transgeni sono stati introdotti nel proencefalo murino embrionale tramite elettroporazione. È stato possibile etichettare cellule progenitrici su vari cicli di divisione cellulare e tracciare i relativi discendenti fino agli stadi adulti. La generazione di topi transgenici con i nuovi costrutti Brainbow ha permesso di etichettare progenitori neurali in stadi e in ubicazioni in cui non si può eseguire l’elettroporazione.

Brainbow è stato ulteriormente sviluppato per modulare la funzione di proteine candidate in vivo. Il risultato finale è stato un mosaico genetico in cui lo stato di espressione genica nelle cellule è stato segnato con codice colore. Questo approccio consente il tracciamento delle cellule vicine entro lo stesso campione con livelli diversi di espressione genica. Il metodo aiuterà a comprendere l’influenza dei regolatori molecolari chiave sullo sviluppo corticale.

La strategia multicolore multiclonale costituita viene applicata attualmente alle indagini sulla formazione di minicolonne corticali e alla funzione di proteina chinasi B (Akt) specifica di serina/treonina, un agente chiave in numerosi processi cellulari, tra cui il metabolismo, la sopravvivenza e l’apoptosi.