Sistema nervoso

Tessuto nervoso

Alcuni studi ci dicono, forse sottostimando, che il nostro cervello ha: una memoria di 1.000 Tb, una fotocamera 480MP e un consumo di 20W.

Paradosso dell’istologia

Il tessuto nervoso è un paradosso dell’istologia, poiché l’istologia risponde al classico paradigma biologico: il rapporto, dettato dall’evoluzione, tra forma/struttura e la funzione, con la seconda che deriva dalle prime.

Tale rapporto si applica su tutte le scale della biologia, da quella anatomica a quella istologica, da quella subcellulare a quella molecolare.

Non bisogna pensare che il tessuto nervoso sfugga a questo paradigma: il problema è che con tutti gli altri tipi di tessuto si ha a che fare con una quantità relativamente limitata di cellule e, per esempio, nel rene, una volta studiato il modello del nefrone, si sa che il nefrone si ripete per una determinata quantità di volte, dunque semplicemente si applica tale modello tutte le volte che lo si riscontra.

Dato che questo non è applicabile al tessuto nervoso, la quantità e la varietà di cellule presenti in qualunque zona dell’encefalo, o comunque del sistema nervoso centrale (SNC), eccede il numero di tipi cellulari diversi presenti in tutto il resto del corpo. Ancora non si conosce il totale di neuroni presenti in tutto il corpo; sono per esempio in corso studi sulla retina, e solo in tale zona sono stati scoperti 50 tipi cellulari diversi, con ancora molti altri da scoprire.

Il tessuto nervoso è estremamente eterogeneo, nel senso che si può considerare una ripetizione di neuroni, la quale tuttavia non segue uno schema: ogni zona che svolge funzioni diverse ha forma e strutture diverse.

Inoltre, se per esempio a livello renale si ha un danno, può essere facilmente guaribile, tanto che si può vivere anche avendo un solo rene; a livello encefalico, invece, un danno ha conseguenze molto più vaste, e su determinate funzioni.

Altra particolarità del tessuto nervoso è che si ha anche un’inversione del classico paradigma, nel senso che se da una parte la funzione è un riflesso della forma/struttura, anche queste a loro volta sono una conseguenza della funzione.

Tutto ciò che viviamo viene rielaborato dal cervello, che veramente cambia la sua struttura secondo un principio di plasticità sinaptica. Se per tutti gli altri tessuti, la forma/struttura sono determinate solo da fattori di carattere genetico, secondo un principio deterministico, nel cervello si ha anche il fattore chiamato “vita”, che è proprio quello che viviamo tutti i giorni.

I reni di una persona e quelli di un’altra sono più o meno identici; i tessuti nervosi sono profondamente diversi da persona a persona, proprio per l’individualità del tessuto stesso.

Tutto questo converge nel fatto che è impossibile descrivere una precisa istologia del tessuto nervoso, dunque se ne parla piuttosto a livello generale.

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Colorazioni istologiche del tessuto nervoso

La comprensione del tessuto nervoso, come di fatto di qualsiasi tessuto, è direttamente legata ai metodi che si hanno per osservarlo, e dato che è quello ancora più sconosciuto, è anche quello di cui sono più studiati possibili metodi di osservazione e di colorazione.

• Colorante basico: si usa il “cresil violetto”. Si osservano distintamente i corpi cellulari, che nel neurone si chiama “soma” o “pirenòforo”, e si notano già tre caratteristiche distintive dei neuroni: 1. La morfologia particolare, in questo caso siamo nella corteccia cerebrale, dunque hanno una forma piramidale; 2. Nucleolo molto evidente, pallino scuro all’interno del nucleo, dato che sintetizza gli RNA-ribosomiali; 3. Nucleo piuttosto chiaro per la presenza di “eucromatica”, DNA scompattato, atto alle attività di trascrizione; inoltre le cellule nervose sono cellule perenni, dunque non vanno incontro a proliferazione mitotica; 4. Basofilia citoplasmatica. Queste ultime 3 caratteristiche sono ovviamente segno di un’intensa attività di trascrizione e di sintesi proteica. Si nota anche il “neuropilo”, ovvero un groviglio di “assoni” e “dendriti”, prolungamenti dei neuroni, che si contattano tra loro secondo pattern di connessione ben precisi.
• Colorazione di Golgi, bicromato di potassio seguito da impregnazione con nitrato d’argento. Golgi, quando lo inventò, notò che questo metodo andava a colorare solo circa l’1% dei neuroni, e notò due aspetti: 1. Il tessuto nervoso è composto da cellule, ai tempi non era del tutto scontato; 2. Il fatto che ogni cellula fosse separata dalle altre, se fossero state attaccate le une alle altre, avrebbe notato solo un grande spazio nero, gli permise di apprezzare la morfologia dei neuroni: pirenoforo + assone + dendriti. Ovviamente però questa tecnica è a doppia lama, nel senso che da una parte, come già detto, permette di apprezzare la morfologia, dall’altra però permette di apprezzare solo una porzione infinitesima di tutti i neuroni presenti.
• Brainbow: si basa su proteine fluorescenti di diversi colori, e a partire da questa si costruisce una “cassetta genica”, ovvero una sequenza di DNA, che poi può essere inserita all’interno del genoma di un organismo ospite. Tale cassetta contiene 3 geni in sequenza, uno codificante per la RFP, red fluorescent protein, uno per la YFP, yellow fluorescent protein, uno per la CFP, cyan fluorescent protein; davanti a questi geni è presente un promotore, che è un sito di riconoscimento per la polimerasi, che va a trascrivere l’RNA messaggero. Tuttavia, dopo il promotore e tra un gene e l’altro, sono presenti dei siti di ricombinazione, “siti lox”, ovvero delle sequenze ben definite che vengono riconosciute dalla proteina “ricombinasi Cre”: questa riconosce a coppia i siti lox e taglia tra i due. Quando viene attivata la proteina Cre, la ricombinazione può avvenire in vario modo: non avvenire, e si otterrà la RFP; se avviene un taglio, tra quelle che sul PowerPoint sono le sequenze verde-chiaro, si ottiene la YFP; se avviene un taglio, tra quelle che sul PowerPoint sono le sequenze verde-scuro, si ottiene la CFP. Se voglio analizzare il tessuto nervoso tramite questa tecnica, allora andrò a fare in modo che in ciascuna cellula vi siano tante copie di cassetta genica, e quando andrò ad attivare la Cre, avverrà in maniera casuale un taglio in un modo o nell’altro oppure nessun taglio: in ciascuna cellula, il numero di tagli o non tagli sarà diverso. Ciò permette di produrre un numero molto elevato di colori.

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Si mischiano in varie proporzioni rosso/giallo/celeste. Dunque questa tecnica rappresenta un affinamento della tecnica di Golgi, dato che vengono marcate tutte le cellule, e persino con colorazioni differenti; nel neuropilo, inoltre, si possono riconoscere quali dendriti e assoni appartengono ad una data cellula a seconda del colore.

Tuttavia anche questa tecnica presenta delle limitazioni:

• È ovvio che qualche cellula presenti lo stesso colore.
• La risoluzione ottica e cromatica nel neuropilo non permette di riconoscere tutti i dendriti e tutti gli assoni.

È comunque molto utile per identificare certi circuiti nervosi, ma comunque di portata ristretta.

Esistono dei virus che utilizzano il trasporto assonico per andare su e giù tra i neuroni, alcuni dei quali riescono a transitare anche attraverso le sinapsi. Se prendo uno di questi virus ed inserisco nel suo genoma il gene per la GFP, green f.p., lo inietto in una zona desiderata ed il virus si sposterà: così facendo, tutto il percorso sarà colorato, andando ad evidenziare le componenti del neurone, soma, dendriti, assone; non solo, ma andrà anche a colorare tutti i neuroni collegati al neurone di partenza.

Un esempio è il virus della rabbia o il virus dell’herpes: una volta contratto il virus, anche quando la sintomatologia non si manifesta, il virus risale e si instaura in quiescenza, per poi riattivarsi e riscendere quando per esempio una persona è sotto stress.

Altri virus invece non si spostano attraverso le sinapsi: si effettuano tecniche virus a vari colori, che vengono iniettati in due regioni diverse. I neuroni colorati in un modo faranno parte di un certo circuito di una certa zona, altri colorati in maniera diversa faranno parte di un altro circuito di un'altra zona, fino ad arrivare eventualmente ad un neurone comune ai due circuiti.

Neurone

Morfologia generale

Le dimensioni, nell’uomo, vanno da qualche micron a 150 micron.

È caratterizzato da un corpo cellulare, il “soma” o “pirenòforo”, da cui si dipartono delle estensioni chiamati “dendriti”, di solito più di uno, e un “assone”, tende ad essere uno solo.

Una prima differenza tra i dendriti e l’assone è il fatto che i primi si ramificano con angoli acuti, sono caratterizzati da protuberanze ovvero le “spine dendritiche”, che sono di fatto i punti dove si formano le sinapsi, ovvero dove arriva la terminazione assonica di un altro neurone, e hanno un diametro che si riduce progressivamente, mentre l’assone, a partire dal “cono di emergenza” o “cono di Hillock”, ovvero la parte di stacco dal soma, presenta un diametro costante da 1 a 10-15 micron, importante la dimensione perché va a determinare la velocità dell’impulso nervoso.

I dendriti rappresentano dunque una sorta di antenna per il neurone, dove giungono le informazioni provenienti dagli altri neuroni che vanno a sinaptare; tutte le informazioni vengono elaborate, e ciò determina se un neurone scarica un potenziale di azione o meno: se il potenziale viene scaricato, grazie ai dendriti viene propagato a tutti i neuroni su cui il neurone interessato va a sinaptare.

L’assone tipicamente non presenta ramificazioni vicino al soma, ma quando le presenta, si dirama solitamente con un angolo di 90°, poi all’estremità dell’assone questo può ramificarsi, come a livello delle giunzioni neuromuscolari.

Il citoplasma attorno al nucleo viene denominato anche “perikaryon”, ovvero materiale “perinucleare”: in esso, si ha l’accumulo della “sostanza di Nissl” o “zolle tigroidi”, ovvero cisterne di RER, accumuli basofili dove si ha attività di sintesi proteica.

In prima battuta, i neuroni si possono suddividere, secondo una classificazione del Golgi, in “neuroni di tipo I”, o “neuroni di proiezione”, con assoni tipicamente lunghi, e “neuroni di tipo II”, o “neuroni a circuito locale”, con assoni corti.

Classificazione funzionale

Da un punto di vista funzionale, si possono suddividere in:

• Neuroni afferenti o sensitivi: raccolgono informazioni dalla periferia al SNC.
• Neuroni efferenti o motoneuroni: raccolgono informazioni dal SNC alla periferia.
• Neuroni associativi o interneuroni: sono da un punto di vista strutturale e funzionale i più importanti, perché determinano se un determinato stimolo causa una risposta motoria o di altro tipo oppure no.

Classificazione morfologica

Da un punto di vista morfologico, in maniera semplificatoria, si possono classificare in base all’aspetto e al numero di dendriti e assoni in:

• Neuroni unipolari: una sola estensione, assone; è dunque un neurone che riceve l’informazione direttamente sul soma, e poi trasmette l’impulso attraverso l’assone. Non sono molto comuni nell’uomo, solo in fase di sviluppo embrionale.
• Neuroni bipolari: unico assone e unico dendrite. Tipici di epiteli sensoriali, retina.
• Neuroni pseudounipolari: hanno due prolungamenti che tuttavia vicino al soma si fondono in un unico assone, assone e non dendrite perché sono entrambi mielinizzati: gli assoni sono mielinizzati, i dendriti no. Sono tipici dei gangli spinali, e uno dei due prolungamenti svolge funzione centripeta, da periferia a neurone, mentre l’altro in direzione centrifuga, da neurone a periferia. Si originano spesso da un processo di differenziamento dei neuroni bipolari, per fusione dei prolungamenti. Sono tipici neuroni sensoriali.
• Neuroni multipolari, quello classico: un assone più molti dendriti. Sono tipici motoneuroni. Nell’ambito dei multipolari, l’evoluzione si è poi sbizzarrita dando origine per esempio a neuroni piramidali, ippocampo, oppure a cellule, non fibre, di Purkinje, nel cervelletto: dendriti arborizzano, formando un “albero dendritico”.

Quando si nota una sorta di “affossamento” sulla membrana del neurone, è in realtà la porzione da cui parte l’assone: “cono di Hillock” o “cono di emergenza”, ed è una regione dove vengono concentrate le parti della cellula che servono alla diramazione dell’assone, piuttosto che RER o altro.

Si hanno anche “ribosomi a rosetta”. L’apparato di Golgi è un organulo di solito a posizionamento vicino al nucleo, ma data l’estensione dell’apparato di sintesi proteica nei neuroni, anche l’apparato di Golgi è esteso a tutto il citoplasma e anche alle porzioni prossimali dei dendriti, sul PowerPoint, è l’immagine in verde.

Altra componente importante sono i lisosomi: dato che i neuroni sono cellule perenni, presentano un metabolismo molto elevato, che non solo deve mantenere la vita all’interno della cellula bensì anche tutto ciò che concerne il traffico di informazioni: si avrà dunque anche sintesi di neurotrasmettitori, produzione di mitocondri, produzione di proteine di membrana, produzione di proteine citoscheletriche; anche l’assone presenta un volume spesso non trascurabile, e dunque il soma si trova spesso sovraccarico per tutta l’attività di sintesi proteica che deve sostenere.

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Attività di sintesi elevata determina anche la necessità di un continuo rinnovamento: si ha “autofagia” e rinnovamento degli organuli, tutto ad opera di lisosomi, lisosomi abbondanti. Col progredire dell’età, si ha accumulo di lipofuscine, l’attività lisosomiale produce materiale non ulteriormente degradabile, che tende ad essere pigmentato, si accumula in cellule perenni, non rinnovabili: si accumula con colorazione brunastra, che può essere vista anche in fluorescenza.

Trasporto assonico

L’assone rappresenta, come già accennato, di trasmissione. Nella terminazione di esso, si trova un corredo costituito da vescicole sinaptiche, contenenti neurotrasmettitori, mitocondri, la terminazione ha grande consumo energetico, processi di esocitosi, rilascio contenuto di vescicole sinaptiche, per secrezione controllata dall’arrivo di un potenziale di azione, che innesca un aumento della concentrazione di calcio, processi di endocitosi, per riciclaggio di membrana, dato che l’esocitosi comporta la fusione di membrana; “