Scoperto il gene custode del “Gps” cerebrale

Un gruppo di ricerca coordinato da Elvira De Leonibus, Faculty e Head of Behavioral facility presso l’Istituto Telethon di genetica e medicina di Pozzuoli e responsabile del Laboratorio di Neuropsicofarmacologia dell’Istituto di Genetica e Biofisica (IGB) del CNR, ha scoperto un gene importante per il corretto sviluppo dell’ippocampo, porzione della corteccia cerebrale a forma di un curioso cavalluccio marino. L’ippocampo svolge un ruolo fondamentale negli organismi viventi perché è necessario per la formazione della memoria a lungo termine.
Il lavoro, reso possibile grazie al sostegno della Fondazione Telethon, è stato pubblicato sulla rivista Cerebral Cortex.

In particolare il gruppo di ricerca ha scoperto che l’assenza di questo gene, chiamato COUP–TFI, produce un difetto nel volume e nella forma dell’ippocampo determinando in questo modo difficoltà nella capacità di formare delle memorie stabili e durature. I ricercatori hanno osservato in modelli animali che quando manca COUP-TFI, il “cavalluccio marino” presenta una testa molto piccola mentre il corpo e la coda hanno dimensioni normali. Questa alterazione provoca un’incapacità di memorizzare elementi nello spazio circostante, cioè una sorta di anomalia nel sistema “GPS” del cervello, mentre non vi sono alterazioni nelle manifestazioni emozionali.
Infatti, la testa dell’ippocampo è necessaria per formare i ricordi “astratti” del quotidiano (cosa abbiamo mangiato, dove abbiamo festeggiato il compleanno, la mappa della città, ecc..) mentre la coda è importante per la formazione delle memorie emozionali e per la regolazione degli stati emotivi, come l’ansia.
Fino ad oggi si sapeva che eventi quali, ad esempio, gli ictus possono causare disturbi cognitivi distruggendo porzioni specifiche dell’ippocampo, ma non era mai stata identificata alcuna causa genetica che potesse influire sulla crescita volumetrica dell’ippocampo e quindi sulla formazione dei ricordi.
Elvira De Leonibus, ricercatrice dell’Istituto Telethon di Pozzuoli spiega: «Questo studio ha delle implicazioni cliniche molteplici, prima fra tutte la possibilità di comprendere difetti cognitivi che si osservano nei pazienti che presentano un’alterazione delle dimensioni dell’ippocampo. In generale, questa scoperta potrebbe avere interessanti ricadute per la comprensione di tutte quelle patologie in cui si osserva una riduzione del volume dell’ippocampo quali le malattie neurodegenerative dell’invecchiamento, come l’Alzheimer, che provocano gli stessi difetti di memoria osservati nei topi mancanti del gene COUP-TFI».
Obiettivi futuri della ricerca sono da un lato individuare e sperimentare molecole in grado di modulare l’espressione del gene COUP–TFI e dall’altro individuare nuovi geni, ancora sconosciuti che, invece, alterano altre parti dell’ippocampo, come la coda.
Il gene COUP–TFI
Il gene COUP–TFI è un gene la cui funzione di “gene architetto” fu identificata nel 2007 proprio presso l’Istituto Telethon di Napoli da un gruppo di ricerca guidato da Michèle Studer, oggi ricercatrice presso l’Institute of Biology Valrose, IBV, a Nizza. In particolare fu scoperto che la mancanza di questo gene modifica le proporzioni della neocorteccia, la parte evolutivamente più avanzata del cervello, provocando un ingrandimento della corteccia motoria, regione cerebrale necessaria per movimenti fini, come ad esempio suonare il pianoforte. All’inizio si pensava che tale ingrandimento potesse tradursi in un aumento delle competenze di quest’area del cervello ma al contrario studi successivi condotti da Elvira De Leonibus e da Michèle Studer, hanno portato alla conclusione che non solo non vi è un miglioramento della prestazione motoria, ma addirittura l’aumento di volume di quest’area cerebrale porta a una perdita delle sue funzionalità.

Il nuovo lavoro pubblicato su Cerebral Cortex, coordinato da Elvira De Leonibus e condotto da Gemma Flore dell’Istituto Telethon di Pozzuoli, ha rilevato che il gene COUP–TFI controlla anche lo sviluppo dell’ippocampo. Gli esseri umani e gli altri mammiferi possiedono due ippocampi, ciascuno in ogni emisfero del cervello posto sopra il nostro orecchio, con la testa rivolta verso il volto e la coda verso la nuca.
In questo lavoro è stato dimostrato che la mancanza del gene COUP–TFI nei topi determina un ippocampo con la testa molto piccola (ipocefalico) e che questa alterazione morfologica causa nell’animale la difficoltà, ad esempio, di memorizzare la posizione di una piattaforma all’interno di una piscina. È quindi un problema di navigazione spaziale, cioè un difetto del sistema GPS del topo, mentre non vi sono alterazioni nei livelli d’ansia oppure nell’apprendere come evitare un pericolo.
Il lavoro, oltre al finanziamento della Fondazione Telethon, è stato supportato anche da altri enti finanziatori governativi francesi (National Research Agency), italiani (MIUR, CNR, Progetto di Interesse “Invecchiamento”) ed europei (PON).

CEREBRAL CORTEX – 26 GENNAIO 2016
Gradient COUP-TFI Expression is Required for Functional Organization of the Hippocampal Septo-Temporal Longitudinal Axis.
Flore Gemma,1, 2 Di Ruberto Giuseppina,2 Joséphine Parisot,3, 4 Sannino Sara, 1 Russo Fabio,1 Illingworth Elizabeth A.1, 2 Studer Michèle 1,3,4*, Leonibus Elvira 1, 2*

* Co- corresponding