In breve
- GSK3 controlla la proliferazione e il differenziamento dei progenitori corticali negli organoidi umani.
- L'inibizione di GSK3 riduce gli outer radial glia, compromettendo l'espansione tipica della corteccia umana.
- Lo studio combina organoidi e trascrittomica a singola cellula ed è pubblicato su Stem Cell Reports.
Un gruppo di ricercatori dell’Istituto Europeo di Oncologia e dell’Università degli Studi di Milano ha identificato il ruolo cruciale dell’enzima GSK3 nello sviluppo precoce della corteccia cerebrale umana, studiando fasi embrionali con organoidi cerebrali. Lo studio, guidato da Giuseppe Testa e pubblicato su Stem Cell Reports, combina organoidi e trascrittomica a singola cellula per investigare le cause cellulari dell’unicità evolutiva del cervello umano. I ricercatori hanno utilizzato inibitori selettivi di GSK3 per valutare gli effetti sulla proliferazione e sul differenziamento dei progenitori corticali.
GSK3 è descritto nel lavoro come un enzima capace di accendere o spegnere l’attività di molte proteine bersaglio, influenzando processi biologici inclusi quelli responsabili dei tumori, e regolando la sopravvivenza e morte cellulare in modo dipendente dal tipo cellulare. Le mutazioni del gene che codifica per GSK3 sono associate, nel testo, a disturbi neuropsichiatrici quali autismo, schizofrenia, disturbo bipolare e disturbo depressivo maggiore. Per sondare questi effetti nei processi che espandono la corteccia, il team ha applicato un inibitore selettivo di GSK3 in colture tridimensionali di organoidi cerebrali derivate da cellule staminali pluripotenti umane.
GSK3 regola la proliferazione degli outer radial glia
I dati di trascrittomica a singola cellula hanno rivelato un effetto specifico di GSK3 sull’outer radial glia, la popolazione di progenitori neuronali che ha favorito la massiccia espansione della corteccia umana. In seguito al trattamento con l’inibitore di GSK3, la presenza di outer radial glia risulta fortemente ridotta, secondo i risultati riportati nello studio. La riduzione di questi progenitori porta a un differenziamento neuronale che avviene a partire da precursori più precoci, perdendo così il vantaggio evolutivo associato agli outer radial glia.
Gli autori riportano che la mancanza di outer radial glia nei roditori ha reso difficile lo studio di questo tipo cellulare e che l’uso di organoidi umani ha superato tale limite. L’enzima si trova al crocevia tra i meccanismi che espandono il numero di cellule progenitrici e quelli che ne guidano la trasformazione in neuroni maturi, secondo le osservazioni sperimentali. Il lavoro collega quindi una specifica funzione molecolare di GSK3 a un elemento cellulare concreto dell’evoluzione della corteccia umana.
Organoidi cerebrali umani modellano la corteccia fetale
Gli organoidi cerebrali sono descritti come colture cellulari tridimensionali ottenute da cellule staminali pluripotenti umane, differenziate con un cocktail di molecole per simulare l’organizzazione spaziale e temporale della corteccia fetale umana. Il trattamento cronico con l’inibitore di GSK3 ha mostrato una profonda alterazione della distribuzione spaziale dei diversi tipi cellulari negli organoidi, impedendo la formazione delle strutture organizzate di progenitori che supportano la migrazione neuronale verso destinazioni corticali finali. Un’immagine al microscopio ottico in fluorescenza riportata negli atti mostra, a sinistra, un organoide corticale normale e, a destra, un organoide trattato con l’inibitore di GSK3.
Per ottenere dettaglio sul ruolo di GSK3 in ogni tipo cellulare, il gruppo ha impiegato la trascrittomica a singola cellula, tecnica che misura le molecole di RNA messaggero all’interno di ciascuna cellula. Questa approccio omico ha permesso di definire il contributo specifico dell’enzima nello sviluppo di neuroni maturi attraverso gli outer radial glia. Gli autori affermano che è la prima volta che organoidi cerebrali e analisi omica a singola cellula sono combinati per definire un meccanismo chiave della specificità della corteccia umana.
La ricerca ha coinvolto i team dell’Università degli Studi di Milano guidati da Elena Cattaneo e Massimiliano Pagani. Il progetto è stato realizzato con il contributo di AIRC, EPIGEN Flagship Project del CNR, European Research Council, Fondazione Cariplo, FIRC, Fondazione IEO-CCM, IEO Single Cell Program, EDCMixRisk, ENDPOINTS e Regione Lombardia. I contatti per la ricerca includono Giuseppe Testa, Dipartimento di Oncologia ed Emato-Oncologia, email GIUSEPPE.TESTA@UNIMI.IT.
