Meccanismi molecolari e cellulari dello sviluppo del sistema nervoso

Il differenziamento dei precursori delle cellule nervose in neuroblasti e poi neuroni dipende da processi di definizione e successiva acquisizione dell’identità cellulare basati sulla regolazione spaziale e temporale dell’espressione di particolari gruppi di geni mediata da segnali induttivi interni a ogni singola cellula (intrinseci) o extracellulari (estrinseci).
I segnali intrinseci sono costituiti da corredi molecolari, enzimi, fattori di trascrizione, ereditati dai precursori a ogni divisione cellulare, tali da avviare uno specifico programma di espressione genica in ogni cellula appena formata.
I segnali estrinseci consistono invece in molecole presenti nell’ambiente extracellulare in cui una cellula si trova e che possono diffondere in misura diversa lontano dalle cellule produttrici. Una classe di tali fattori è rappresentata da piccole molecole diffusibili che formano gradienti di concentrazione intorno alle cellule che li secernono e possono raggiungere un alto numero di cellule circostanti.
Un’altra classe è rappresentata da fattori legati alla membrana cellulare delle cellule produttrici. Il prerequisito per l’azione di tali fattori è che vi sia un contatto diretto tra queste cellule e le cellule bersaglio. Una terza classe è costituita da molecole segnale secrete dalle cellule produttrici e legate alla matrice extracellulare.
Tutti i segnali estrinseci hanno effetti sulle cellule bersaglio mediati dai sistemi recettoriali di trasduzione. A causa della natura dei segnali estrinseci, il destino di ogni singola cellula di un embrione in formazione dipende dalla sua posizione nel tubo neurale, in tutte le fasi di sviluppo.
Fattori di induzione neurale
In assenza di interazioni con altre cellule embrionali, tutte le cellule ectodermiche hanno la capacità di differenziare naturalmente in senso nervoso, al contrario di quanto si osserva nell’embrione, nel quale solo le cellule dell’ectoderma assiale sono indotte a differenziare nei precursori nervosi, mentre le altre cellule ectodermiche differenziano in epidermide. Il quadro interpretativo di tali diversi comportamenti cellulari risiede nel bilanciamento fra l’azione di fattori di crescita diversi, prodotti precocemente nell’embrione dalle cellule della stria primitiva e della notocorda.
Le cellule mesodermiche secernono induttori di tipo peptidico appartenenti alla famiglia dei fattori di accrescimento trasformanti-β (TGF-β), che comprendono le proteine morfogenetiche dell’osso (BMP). Queste proteine inducono il differenziamento delle cellule ectodermiche in epidermiche piuttosto che in precursori neuronali. Al contrario, la notocorda produce fattori di induzione neurale che inibiscono nelle cellule dell’ectoderma assiale l’azione delle BMP, e permettono il differenziamento in senso nervoso.
Dopo l’induzione, le cellule della placca neurale iniziano a proliferare e il loro destino è controllato da due sistemi che definiscono i due assi del tubo neurale in formazione, quello dorso-ventrale e quello rostro-caudale.