Dipartimento di Neuroscienze "Rita Levi Montalcini"

Fin dal 1991, al ritorno del PI dall’esperienza di lavoro in Svizzera, il gruppo svolge ricerca di tipo autonomo sia dal punto di vista ideativo sia da quello finanziario. E’impegnato nello studio dello sviluppo, della degenerazione e della rigenerazione del sistema nervoso centrale. Come modelli sperimentali ha utilizzato la corteccia cerebrale, il midollo spinale e la retina. L’attività sperimentale è condotta secondo tre linee principali.

Sviluppo della corteccia cerebrale e del sistema nervoso centrale

            Per quanto riguarda lo sviluppo della corteccia cerebrale, il gruppo si è occupato negli anni di studiare lo sviluppo delle connessioni callosali tra le aree visive, della corteccia somatosensitiva e delle minicolonne corticali. Si è inoltre occupato dello studio della corteccia somatosensitiva in topi transgenici affetti da microgiria (con epilessia neonatale) o da malattia di Niemann-Pick, e quindi rispettivamente del ruolo dei geni per la Citron-K e Citron-N (in collaborazione con  il prof. Di Cunto) e per la sfingomielinasi nello sviluppo corticale (in collaborazione con i dott. C. Dotti e L. Ledesma).

            Nel corso degli anni si è inoltre occupato dello sviluppo del sistema visivo e in particolare della formazione delle connessioni retinotettali e retinogenicolate, del ruolo dell’attività sinaptica sulla produzione di nitrossido e del ruolo del nitrossido nel raffinamento e nella stabilizzazione di tali connessioni. Sempre a proposito del nitrossido, si sono studiati il suo ruolo nella formazione della corteccia somatosensitiva, e l’organizzazione dei mosaici di cellule amacrine a nitrossido nella retina dei roditori.

            Nell’ambito dello sviluppo della corteccia cerebrale, si sono svolti degli studi che hanno implicato il trapianto di cellule staminali provenienti dalla zona sottoventricolare della corteccia in formazione o dalla eminenza ganglionare all’interno dei ventricoli cerebrali di embrioni di topo di varia età, di topi neonati (dal 1° al 15° giorno) oppure in topi adulti. Ciò ha permesso di studiare la derivazione dei diversi tipi cellulari dalle strutture embrionarie e la loro capacità di integrarsi, anche funzionalmente, nei tessuti dell’ospite.

            Attualmente ci stiamo occupando della 1) composizione delle minicolonne nella corteccia cerebrale umana, 2) del ruolo di Citron K e Citron N nello sviluppo dell’ippocampo e 3) del ruolo di JNK nello sviluppo del sistema visivo.

Neurogenesi, Cellule staminali e terapie di sostituzione cellulare

Abbiamo studiato la neurogenesi nell’ippocampo neonato in caso di ipotiroidismo e nell’ippocampo adulto in caso di ischemia cerebrale. Abbiamo inoltre studiato la sopravvivenza, la migrazione, la differenziazione e l’integrazione nei circuiti neuronali dell’ospite di progenitori neurali nel telencefalo. Inoltre abbiamo studiato gli effetti del trapianto di cellule staminali mesenchimali del midollo osseo umane (fornite dal laboratorio della dott.ssa F. Fagioli dell’ospedale Regina Margherita di Torino) e murine (prelevate nel nostro laboratorio) sulla progressione della malattia in un modello sperimentale di sclerosi laterale amiotrofica (topo SOD G93A), nei topi con atrofia muscolare spinale e nel midollo spinale in seguito ad emisezione o a compressione.

Questa linea è diretta a determinare la potenzialità del tessuto nervoso adulto di generare ed integrare nuove cellule nervose in condizioni normali o patologiche. Si cerca di identificare ed isolare progenitori residenti capaci di proliferare e differenziarsi in fenotipi neurali adulti. Inoltre, si sperimentano strategie volte ad incrementare il potenziale proliferativo e differenziativo di tali elementi, mediante induzione genica o infusione di fattori di crescita o neurotrofici, in vivo o in vitro. Infine, avvalendosi di modelli sperimentali di lesione o degenerazione (animali transgenici o mutanti, somministrazione di neurotossine, induzione di lesioni traumatiche o vascolari) si determina se tali potenzialità possono essere sfruttate in condizioni patologiche al fine di sostituire in maniera selettiva le popolazioni neuronali degenerate.

Lo scopo di tutte queste ricerche è senza dubbio osservare le capacità autorigenerative del sistema nervoso centrale adulto, e la capacità di elementi trapiantati di sostituirsi anatomicamente e fisiologicamente agli elementi che degenerano in seguito a patologia. In aggiunta, e forse con maggiore importanza le cellule staminali trapiantate (per esempio quelle mesenchimali) possono svolgere un ruolo di minipompe farmacologiche, fornendo sostanze neurotrofiche e immunomodulatorie al tessuto ospite.

Ruolo delle MAP kinasi nella morte neuronale nello sviluppo e nelle malattie neurodegenerative

Per quanto riguarda i meccanismi di morte neuronale il gruppo Vercelli si è occupato dei meccanismi molecolari della morte neuronale 1) nello sviluppo, soprattutto in seguito a deafferentazione o ad ablazione del bersaglio, 2) nell’infarto cerebrale, 3) nella retina glaucomatosa e 4) nell’epilessia. Nel corso degli anni abbiamo sviluppato dei modelli sperimentali nel ratto di ischemia cerebrale transitoria e permanente: nel primo caso mediante inserzione intraluminale di un filamento di seta nell’arteria cerebrale media, nel secondo mediante elettrocoagulazione della stessa arteria. Inoltre, recentemente il gruppo ha sviluppato il modello dell’inserzione intraluminale di coaguli nell’arteria cerebrale media per meglio simulare l’infarto cerebrale. Per quanto riguarda il glaucoma, abbiamo sviluppato modelli di glaucoma acuto (mediante inserzione di catetere intraoculare per portare la pressione a 110 mm Hg) e cronico (mediante elettrocoagulazione dei vasi episclerali). Infine, per l’epilessia abbiamo sviluppato due modelli, uno da iniezione di acido kainico e l’altro da somministrazione in utero di metilazossimetanolo.

Nel corso degli anni, abbiamo dimostrato il ruolo fondamentale della MAP chinasi JNK nella morte neuronale, ottenendo grazie alla collaborazione con la Xigen il blocco dell’attivazione della molecola mediante un inibitore sintetico. In questo modo abbiamo significativamente ridotto l’area di infarto cerebrale e la morte neuronale da epilessia. In collaborazione con T. Herdegen stiamo dimostrando che JNK svolge la sua azione proapoptotica quando da citoplasmatica diventa mitocondriale.

Abbiamo inoltre studiato alcuni modelli sperimentali di malattie neurodegnerative: la malattia di Niemann-Pick tipo A (topi ASMko), la sclerosi laterale amiotrofica (topi SOD1 G93A) e la atrofia muscolare spinale di tipo II e III.