Ruolo dei recettori muscarinici M2 e M3 sulle correnti voltaggio-dipendenti in neuroblasti fetali umani isolati dal nucleo basale del Meynert

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                  INTRODUZIONE 
 
 
 
Il Nucleo Basale di Meynert (NBM) è la principale fonte di neuroni colinergici 
nel telencefalo basale. Tali neuroni sono coinvolti nella regolazione delle 
funzioni cognitive e la loro degenerazione è responsabile del declino cognitivo 
che si verifica in alcune malattie neurodegenerative, fra cui l’Alzheimer. Lo 
studio di tali neuroni potrebbe quindi aiutare ad identificare nuove strategie 
terapeutiche per la cura di tale patologia. 
 
1.1 IL TELENCEFALO BASALE 
 
Il telencefalo basale racchiude una serie di strutture cellulari localizzate 
nell’emisfero cerebrale mediale e ventrale. Comprende il nucleo basale del 
Meynert, le bande diagonali verticali e orizzontali di Broca e il nucleo del setto 
mediale (Mesulam, 2013) (Fig.1.1). Questa regione contiene neuroni 
magnocellulari che forniscono le principali proiezioni colinergiche alla corteccia 
cerebrale, all’ippocampo e all’amigdala. (Ferreira-Vieira et al., 2016). I neuroni 
colinergici del mesencefalo mediale sono considerati importanti nella plasticità 
sinaptica cerebrale, infatti una grave atrofia del sistema colinergico in tale 
area, in particolare nel NBM, può portare a cambiamenti fisiopatologici della 
neurotrasmissione, come si osserva nella malattia di Alzheimer (Hardenacke 
et al., 2013). La degenerazione e la perdita di questi neuroni colinergici è 
correlata al declino cognitivo che si verifica nei pazienti con tale patologia 
(Kilimann et al.,2014). È quindi fondamentale il ruolo dell’acetilcolina e dei suoi 
recettori, nicotinici e muscarinici, nei processi cognitivi. Una migliore 
comprensione delle caratteristiche funzionali dei neuroni del NBM può quindi 
aiutare a chiarire i meccanismi delle malattie neurodegenerative.
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1.2- IL NUCLEO BASALE DI MEYNERT 
 
Il NBM è costituito da un gruppo di neuroni colinergici situati nella regione 
sublenticolare. Riceve input afferenti principalmente dal sistema limbico e si 
proietta alla corteccia cerebrale, ippocampo, amigdala, bulbo olfattivo, talamo 
e tronco encefalico (Fig.1.1) (Cummnings & Benson,1987). Deve il suo nome 
allo psichiatra, neuropatologo e anatomista Theodor Meynert (Dresda, 1833 - 
Klosterneuburg, 1892), che fu il primo a descrivere un gruppo di neuroni 
magnocellulari localizzati nel cervello basale umano (Gratwicke et al.,2013). 
In primo luogo, il nucleo basale di Meynert è fortemente implicato nelle funzioni 
cognitive e comportamentali, tra cui eccitazione, attenzione, percezione e 
memoria, tutte particolarmente compromesse nei pazienti con Alzheimer. 
Inoltre, gioca un ruolo essenziale nel fornire all'intera corteccia cerebrale il 
massimo contributo di acetilcolina (Gratwicke et al., 2013) 
 
 
Figura 1.1: Diagramma anatomico dell'emisfero sinistro che mostra la posizione del 
nucleo basale di Meynert e le sue principali vie colinergiche nel cervello umano. A = 
amigdala; AC = commissura anteriore; C = caudato; Cg = giro cingolato; F= lobo 
frontale; GPi = globo pallido (interno); IN = corteccia insulare; NBM = nucleo basale 
del Meynert; Oc = lobo occipitale; OF =corteccia orbitofrontale; P= putamen; Pr = 
lobo parietale (Gratwicke et al., 2013).
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La degenerazione del sistema colinergico, in particolare del NBM, è 
responsabile di varie forme di demenza tra cui l’Alzheimer; quindi la 
caratterizzazione funzionale di tale nucleo è fondamentale per capire meglio il 
ruolo che esso ha nelle malattie neurodegenerative. (Gratwicke et al.,2013).  
 
 
 1.2.1- Struttura: anatomia e istologia del Nucleo Basale di Meynert 
 
 
Studi anatomici sull’uomo mostrano che il NBM è una struttura piatta, quasi 
orizzontale, che si estende anteriormente dal tubercolo olfattivo fino 
all’ippocampo, coprendo una distanza di 13-14 mm sul piano sagittale. 
Raggiunge il suo massimo diametro trasversale sotto la commessura anteriore 
in una regione conosciuta come sostanza innominata, con una larghezza 
medio-laterale di 16-18 mm (Mesulam e Geula, 1988). Nella sua porzione 
anteriore è limitato inferiormente dalla parte orizzontale del nucleo della banda 
diagonale di Broca, superomedialmente dal globus pallidus ventrale e 
superolateralmente dall’estensione laterale della commissura anteriore. La 
sua porzione posteriore confina superiormente con l’ansa lenticolare, 
lateralmente con il putamen, inferiormente con la punta posteriore 
dell’amigdala e medialmente con il tratto ottico (Gratwicke et al., 2013) 
(Fig.1.2). Dal punto di vista istologico, il nucleo basale di Meynert è 
caratterizzato dall'alta presenza di neuroni magnocellulari, i quali contengono 
nucleoli di grandi dimensioni ed una predominanza di lipofuscina (Mesulam e 
Geula, 1988).
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Figura 1.2: Immagine del cervello basale umano che illustra la posizione della sostanza 
innominata (come indicato). AC commissura anteriore, Am amigdala, Cd caudato, GP 
globus pallidus, IC capsula interna, LV ventricolo laterale, Pt putamen, SI sostanza 
innominata (Liu et al,2015) 
 
 
Mesulam e collaboratori, hanno identificato vari loci colinergici nel cervello dei 
primati, mediante l’utilizzo di metodi di immunoistochimica per marcare gli 
enzimi addetti alla sintesi ed alla degradazione acetilcolina, rispettivamente la 
colina acetiltransferasi (ChAT) e l’acetilcolinesterasi (AChE). In questo modo 
è stata introdotta la nomenclatura Ch1 – Ch4 (dove il prefisso Ch indica la 
natura colinergica) per descrivere i quattro gruppi cellulari colinergici, dove il 
NBM è indicato come Ch4 e rappresenta il più grande dei gruppi colinergici 
(Table 1.1).   
 
 
Gruppo colinergico            Regione                               Proiezione 
 
Ch1                              Nucleo settale mediale       Complesso dell’ippocampo 
Ch2                              Parte verticale del nucleo             Complesso dell’ippocampo 
                                            della banda diagonale            
Ch3                               Parte orizzontale del nucleo         Bulbo olfattivo 
                                            della banda diagonale 
  
Ch4                              Nucleo basale del Meynert          Corteccia e amigdala 
                                                            
   
Tabella 1.1 Gruppi cellulari colinergici della regione cerebrale basale e loro proiezioni nel 
cervello (Liu et al.,2015).
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Secondo studi anatomici condotti su tessuti umani, i neuroni che costituiscono 
il NBM / Ch4 possono essere suddivisi a loro volta in sei settori in base alle 
caratteristiche topografiche (Fig.1.3): 
 
-  Ch4a: settore anteriore. Esso appare appena posteriore al tubercolo    
    olfattivo e si estende fino alla commissura anteriore. Questo settore può 
essere       diviso in: 
             1.  Ch4am: settore anteromediale 
             2.  Ch4al: settore anterolaterale 
             3.  Ch4ai: settore anterointermedio 
 
-  Ch4i: il settore intermedio (via amigdalofugale ventrale). Allo stesso tempo    
   si divide in: 
               1.  Ch4id: settore intermedio-dorsale 
               2.  Ch4iv: settore intermedio-ventrale 
-  Ch4p: il settore posteriore 
 
Figura1.3: Rappresentazione delle principali strutture anatomiche e tratti di fibra relativi al 
nucleo basale di Meynert (Ch4, in rosso) nella regione cerebrale basale umana. Le strutture 
sono state sollevate verso l'alto per esporre NBM, come indicato dalle linee grigie tratteggiate. 
I principali sottosettori del NBM sono mostrati all’interno del nucleo; i loro confini anatomici 
sono indicati da linee nere tratteggiate. A = amigdala; AC = commissura anteriore; AL = ansa 
lenticolare; Ch3 = parte orizzontale del nucleo della banda diagonale di Broca; GPi = globus 
pallidus interno; GPe = globus pallidus esterno; OT = tratto ottico; P = putamen; uH = 
ippocampo uncale. Sottosettori di NMB come descritto nel testo principale, NSP = nucleo 
subputaminalis (Gratwicke et al., 2013).
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Inoltre, studi anatomici sull’uomo e sui primati hanno dimostrato la presenza di 
un gruppo di cellule noto come nucleo subputaminalis (NSP) che è localizzato 
superolateralmente al NBM e inferolateralmente al putamen. Esso ha la stessa 
citoarchitettura e le stesse proprietà citochimiche del gruppo Ch4 e per questo 
venne proposto come ulteriore sottosettore del NBM (Gratwicke et al., 2013; Liu 
et al., 2015; Mesulam et al., 1983).  
La colorazione immunoistochimica mostra che il 90% dei neuroni del NBM sono 
ChAT positivi e risultano quindi essere neuroni colinergici, mentre il restante 
10% sono stati identificati come neuroni GABAergici (Gratwicke et al., 2013). 
 
 
1.2.2- Connettività: afferenze ed efferenze del NBM 
 
 
Il NBM possiede molte connessioni afferenti ed efferenti, che sono risultate 
conservate dai primati all’uomo. Esperimenti di tracciamento assonale nei 
primati non umani mostrano che nonostante le proiezioni efferenti diffuse dal 
NBM all'intera neocorteccia, le reciproche connessioni afferenti dalla corteccia 
al NBM non sono simmetriche e sono limitate alle aree limbiche e paralimbiche 
(Gratwicke et al., 2013). Studi condotti sui macachi da Russchen e 
collaboratori (1985) hanno evidenziato che il NBM riceve anche proiezioni 
neuronali dal tronco encefalico e dal nucleo del tratto solitario, e da altri nuclei 
colinergici circostanti della regione basale. Ulteriori studi sui primati hanno 
dimostrato che la connettività efferente tra sottosettori del NBM e aree corticali 
mostra specificità topografiche (Fig.1.4), quali: 
 
 - Ch4am: fornisce la maggiore quantità di proiezioni colinergiche alla 
corteccia frontale, parietale e cingolata, situate lungo la parete mediale 
dell’emisfero. Ci sono anche proiezioni minori dirette all’ipotalamo, ippocampo, 
corteccia ventrale somatosensoriale, amigdala, orbitale ventrolaterale, regione 
paraippocampale e lobulo parietale inferiore.  
- Ch4al: fornisce la principale fonte di proiezioni colinergiche alla regione   
frontoparietale e all’amigdala. Ulteriori proiezioni sono dirette al bulbo olfattivo, 
polo mediale frontale, corteccia motoria dorsomediale, corteccia orbitale 
ventrolaterale, insulare, area inferotemporale e regione paraippocampale.