Il drago barbuto australiano Pogona vitticeps. Credito:Istituto Max Planck per la ricerca sul cervello / G. Laurent
In questi giorni, i draghi tengono i fan di "Il Trono di Spade" sulle spine. Ma stanno anche fornendo importanti informazioni sull'evoluzione del cervello dei vertebrati, come rivelato dal lavoro degli scienziati di Max Planck sul cervello del drago barbuto australiano Pogona vitticeps. L'evoluzione dei vertebrati ha preso una svolta importante 320 milioni di anni fa, quando i primi tetrapodi (animali con quattro arti) sono passati dall'acqua alla terra, dando infine origine a tre cladi principali:i rettili, gli uccelli (una propaggine dell'albero rettiliano) ei mammiferi. A causa della discendenza comune, i cervelli di tutti i tetrapodi condividono un'architettura basale simile stabilita durante lo sviluppo iniziale.
Tuttavia, non è chiaro come le variazioni su questo "Bauplan" comune abbiano contribuito agli attributi specifici del clade. I neuroscienziati del Max Planck Institute for Brain Research di Francoforte hanno affrontato questa domanda generando un atlante molecolare del cervello del drago e confrontandolo con quello dei topi. Le loro scoperte suggeriscono che, contrariamente alla credenza popolare che un cervello di mammifero sia costituito da un antico cervello "rettile" integrato con nuove caratteristiche di mammifero, sia il cervello rettiliano che quello di mammifero hanno sviluppato i propri tipi e circuiti di neuroni specifici per clade, da un insieme ancestrale comune.
"I neuroni sono i tipi cellulari più diversi nel corpo. La loro diversificazione evolutiva riflette le alterazioni nei processi di sviluppo che li producono e possono guidare i cambiamenti nei circuiti neurali a cui appartengono", afferma il Prof. Gilles Laurent, Direttore del Max Planck Institute for Brain Research che ha guidato il nuovo studio pubblicato su Scienza .
"Ad esempio, aree cerebrali distinte non funzionano in isolamento, suggerendo che l'evoluzione di regioni interconnesse, come il talamo e la corteccia cerebrale, potrebbe in qualche modo essere correlata. Inoltre, un'area cerebrale in rettili e mammiferi che deriva da un comune la struttura ancestrale potrebbe essersi evoluta in modo tale da rimanere ancestrale in un clade oggi, mentre è "moderna" nell'altro. Al contrario, potrebbe essere che entrambi i clade ora contengano un mix di comune (antico) e specifico (romanzo). tipi di neuroni. Questi sono i tipi di domande che i nostri esperimenti hanno cercato di affrontare", aggiunge Laurent.
Sebbene gli approcci tradizionali per confrontare le regioni di sviluppo e le proiezioni nel cervello non abbiano la risoluzione necessaria per rivelare queste somiglianze e differenze, Laurent e il suo team hanno adottato un approccio trascrittomico cellulare. Utilizzando una tecnica chiamata sequenziamento dell'RNA unicellulare che rileva una grande frazione delle molecole di RNA (trascrittomi) presenti nelle singole cellule, gli scienziati hanno generato un atlante di tipo cellulare del cervello del drago barbuto australiano Pogona vitticeps e lo hanno confrontato con il topo esistente set di dati del cervello.
Gli scienziati di Max Planck hanno generato un atlante di tipo cellulare dal cervello di una lucertola e integrato computazionalmente questi dati con la transciptomica del topo, rilevando che più aree del cervello contengono miscele di neuroni simili e divergenti. Credito:Istituto Max Planck per la ricerca sul cervello / G. Laurent; Hain et al.
I confronti trascrittomici rivelano classi condivise di tipi di neuroni
"Abbiamo profilato oltre 280.000 cellule del cervello di Pogona e identificato 233 tipi distinti di neuroni", spiega David Hain, studente laureato al Laurent Lab e co-primo autore dello studio. "L'integrazione computazionale dei nostri dati con i dati del topo ha rivelato che questi neuroni possono essere raggruppati trascrittomicamente in famiglie comuni, che probabilmente rappresentano tipi di neuroni ancestrali", afferma Hain. Inoltre, ha scoperto che la maggior parte delle aree del cervello contiene un mix di tipi di neuroni comuni (antichi) e specifici (nuovi).
La dottoranda Tatiana Gallego-Flores ha utilizzato tecniche istologiche per mappare questi tipi di cellule in tutto il cervello del drago e ha osservato (tra l'altro) che i neuroni nel talamo potrebbero essere raggruppati in due domini trascrittomici e anatomici, definiti dalla loro connettività ad altre regioni del cervello. Poiché queste regioni collegate hanno avuto destini diversi nei mammiferi e nei rettili, essendo una di queste regioni altamente divergenti, confrontare i trascrittomi talamici di questi due domini si è rivelato molto interessante. In effetti, ha rivelato che la divergenza trascrittomica corrispondeva a quella delle regioni target.
"Ciò suggerisce che l'identità trascrittomica neuronale riflette in qualche modo, almeno in parte, la connettività a lungo raggio di una regione ai suoi bersagli. Dal momento che non abbiamo il cervello di antichi vertebrati, ricostruiamo l'evoluzione del cervello negli ultimi mezzo miliardo di anni richiederà il collegamento di dati molecolari, evolutivi, anatomici e funzionali molto complessi in un modo che sia autoconsistente. Viviamo in tempi molto eccitanti, perché questo sta diventando possibile", conclude Laurent. + Esplora ulteriormente
