Sistema nervoso

Sistema nervoso

Da un punto di vista anatomo-istologico, il sistema nervoso è diviso in:

• Sistema nervoso cerebrospinale (della vita di relazione) che comprende il sistema nervoso centrale (o nevrasse), che è costituito dall’encefalo e dal midollo spinale, e sistema nervoso periferico, formato dai nervi cranici e dai nervi spinali e dalle loro numerosissime ramificazioni.
• Autonomo (della vita vegetativa) a cui appartengono il sistema nervoso ortosimpatico, che comprende la componente toraco lombare, e parasimpatico, che comprende la componente cranio sacrale.

Origine del sistema nervoso

Il sistema nervoso origina dall’ectoderma, il quale evitando i segnali prodotti a livello del nodo primitivo, quali BMP (il quale viene antagonizzato da fattori prodotti a livello della terza settimana di sviluppo), porta alla formazione del neuroectoderma, mentre la regione dell’ectoderma che è sensibile a questi fattori BMP diventerà epidermide.

Quando epiblasto ed ipoblasto del foglietto bilaminare cominciano a specializzarsi, con la comparsa della linea primitiva, e a livello del nodo primitivo, vengono prodotte una serie di molecole che sono specifiche della regione caudale dell’embrione. Affinché queste molecole non interferiscano con lo sviluppo corretto delle regioni anteriori dell’embrione, devono essere antagonizzate, da fattori prodotti da una specifica regione dell’ipoblasto: tra queste ricordiamo Lefty e CER-1, che inibendo l’attività di fattori come BMP, inducono il differenziamento di tessuti della regione anteriore dell’embrione, tra cui appunto il sistema nervoso.

L’ectoderma diviene pertanto neuroectoderma, a livello del quale si forma una placca neurale; si osserva inoltre, in questa regione, un’invaginazione cellulare che porta, alle due estremità di questa doccia neurale, la formazione delle pliche neurali, le quali si sollevano e si fondono tra loro nel processo che prende il nome di neurulazione grazie al quale si forma l’abbozzo di sistema nervoso che è il tubo neurale.

Caratteristiche del tubo neurale

Il tubo neurale è un tubo caratterizzato fondamentalmente da: una regione dorsale che si chiama roof plate, che produce BMP, e dal floor plate o ventrale che invece produce SHH poiché porta alla formazione dei motoneuroni cioè quelli che innervano i muscoli volontari. Sonic hedgehog è molto espresso a livello della notocorda, ed è anche molto espresso a livello di questa regione più ventrale del tubo neurale, e poi comincia a diradarsi mano a mano che dalla regione ventrale si passa alla regione dorsale, così che la sua espressione si ferma a livello della regione mediale.

Il fattore viene bloccato ad opera di fattori che sequestrano Sonic hedgehog, o promuovono la sua degradazione. La stessa cosa vale per i diversi fattori della famiglia BMP (BMP4, BMP5, BMP7, DSL1, attivina B) che devono rimanere confinati nella regione dorsale, affinché si abbia lo sviluppo di specifici neuroni, poiché in particolare di interneuroni. Quindi una volta formato il tubo neurale si arriva alla neurogenesi e alla formazione della glia (cellule di sostegno e nutrici importanti per l’omeostasi del tessuto nervoso): astrociti, oligodendrociti ed epidemociti, che derivano tutti e 3 derivano dal tubo neurale.

Non tutte le cellule del tubo neurale diventano neuroni ci sono delle cellule che attivano dei fattori di trascrizione chiamati proneurali (sono dei mastergene) che inducano la differenziazione del precursore a differenziare specificamente in neurone.

Processo di neurulazione

Il processo che porta alla formazione del tubo neurale è la neurulazione, che si svolge attraverso due tappe fondamentali:

• Neurulazione primaria, che svolge il ruolo principale nella formazione e chiusura del tubo neurale a carico di cellule ectodermiche. Allora al livello del neuroectoderma si forma una placca neurale le cui cellule vengono indotte dalle cellule circostanti a proliferare e s'invaginano quindi si staccano dalla superficie e si vanno a fondersi tra di loro andando a creare due lamine (2 pliche neurali) che portano alla chiusura di una prima parte del tubo neurale. A livello della regione dorso-mediale del tubo neurale, alcune cellule delle pliche neurali quando vanno fondersi perdono i contatti e vanno a costituire degli elementi cellulari differenti, che si staccano e non partecipano alla chiusura del tubo neurale e prendono il nome di cellule delle creste neurali. Le creste neurali vengono anche ad essere definite una sorta di quarto foglietto germinativo perché che non formano soltanto elementi del sistema nervoso tipo i gangli spinali, i gangli del sistema nervoso autonomo, le meningi, ma anche popolazioni cellulari distinte come: cellule di Schwann, cellule satelliti, gangli spinali e cranici, ma anche alle cellule cromaffini della midollare del surrene, melanociti, della pelle, condroblasti e osteoblasti, oltre a muscoli lisci come quelli dell’area cardiogenica.
• Neurulazione secondaria invece, avviene secondariamente, e sembra essere responsabile della chiusura della regione più posteriore del tubo neurale, grazie all’azione delle cellule del mesenchima, che formano un cordone solido di cellule che vanno a chiudere il tubo neurale. Se il tubo neurale non si chiude correttamente è chiaramente per problemi patologici. Si è visto che uno dei fattori che può evitare queste malformazioni nella chiusura del tubo neurale e quindi nei meccanismi della neurulazione primaria è l’acido folico il quale può stimolare la chiusura del tubo neurale.

Sviluppo del cervello

Una volta che si è formato il tubo neurale (terza settimana di sviluppo), il cervello si abbozza attraverso tre strutture principali embrionali che sono:

• Prosencefalo o cervello anteriore, dal quale si sviluppa il telencefalo (dà origine alla corteccia cerebrale) e il diencefalo (dal quale si formano importanti strutture come ad esempio l’arco neurale, la retina, il talamo e l’ipotalamo).
• Mesencefalo o cervello medio, è quello che collega il cervello anteriore con quello posteriore.
• Romboencefalo o cervello posteriore, dal quale ha origine il metencefalo (da cui origina il cervelletto e il ponte) e il mielencefalo (da cui origina il midollo allungato il quale si continua con il midollo spinale). Il romboencefalo è caratterizzato dalla presenza di 8 rombomeri, e poi, continua con il midollo spinale, il quale fa parte del sistema nervoso centrale, ed è caratterizzato da una regione composta da una piastra alare (che va a costituire la regione dorsale del midollo spinale) e una ventrale (che va a costituire la regione anteriore del midollo spinale): quella dorsale è responsabile dello sviluppo dei neuroni sensoriali, quella ventrale porta allo sviluppo di neuroni motori, i quali vanno ad innervare le fibre muscolari scheletriche.

Le meningi

Un’altra struttura importante nel cervello sono le meningi. Le meningi sono un importante rivestimento e sono caratterizzate da 3 elementi cellulari (dall’esterno all’interno): la dura madre, l’aracnoide e la pia madre. Al di sopra della dura madre troviamo l’osso o le ossa del cranio e al di sopra troviamo lo scalpo.

Cellule della glia

Una volta che si è formato il tubo neurale le prime cellule che si formano sono le cellule radiali della glia. La parola glia deriva dal greco e sta a indicare “colla”, perché inizialmente si pensava che queste cellule avessero solo un ruolo di sostegno e invece si è scoperto che oltre a essere cellule di sostegno e supporto sono anche sorgente di molecole che servono nell’omeostasi del tessuto stesso e nello sviluppo dei neuroni.

Affinché si sviluppino i neuroni nella neurogenesi è necessaria l’attivazione di una serie di fattori di trascrizione proneuronali, che vengono da una specifica classe di fattori di trascrizione chiamata: HLH. Il neurone inizialmente nasce come cellula proliferante, completamente priva di prolungamenti che si forma nelle regioni più interne del tubo neurale. Appena esce dal ciclo cellulare, diventa una cellula postmitotica essa acquisisce delle particolarità morfologiche molto ben evidenti infatti comincia ad acquisire dei prolungamenti (neuriti).

Formazione di dendriti e assoni

Successivamente l’attivazione di specifiche vie di attivazione del segnale fa differenziare i neuriti in 2 tipi di filamenti:

• Dendriti: sono molteplici e si ramificano in maniera ripetuta al livello della regione del corpo cellulare. I dendriti hanno conduzione così detta cellulipeta cioè prendono il segnale e lo portano all’interno della cellula.
• Assone: decorre in maniera abbastanza lineare, senza emettere prolungamenti, sino a quando raggiunge le cellule effettrici, guidato da fattori guida prodotti da quest’ultima. Gli assoni hanno una conduzione cellulifera ossia portano il segnale elettrico dal corpo cellulare alla periferia (bottone terminale).

Quindi la cellula neuronale è una cellula polarizzata, perché il neurone è sia in grado di captare gli stimoli adiacenti grazie ad assoni e dendriti, sia di convertire tali stimoli, a livello del corpo cellulare, in impulsi nervosi che viaggiano lungo l’assone, fino alle terminazioni nervose. Questa polarità neuronale è indotta dall’attivazione o disattivazione di una chinasi, la GSK3beta. Quando GSK3 beta è fosforilata, è inattiva, e dà origine agli assoni, mentre la forma attiva, defosforilata, dà origine ai dendriti.

Ruolo delle chinasi

L’arrivo di un segnale esterno provoca l’attivazione di un’altra chinasi detta AKT che, per essere attiva, deve essere fosforilata. Una volta che AKT è attivata, essa va a fosforilare GSK, rendendolo così inattivo. NGF è un importante fattore di crescita prodotto dai neuroni che nel momento del contatto sinaptico fa sì che si attivino delle vie di sopravvivenza e soltanto quel neurone che entra in contatto con la cellula effettrice sopravvive, mentre gli altri non ricevendo questo fattore di sopravvivenza muoiono.

Quindi noi produciamo molti più neuroni di quanti effettivamente vengono emessi perché questi vengono eliminati durante le fasi di rifinimento dei circuiti neuronali. In questo percorso differenziativo il neurone per spostarsi dall’interno del tubo neurale all’esterno si aggancia alle cellule radiali della glia.

Crescita dell'assone

Una volta che si sono iniziati a formare i dendriti e l’assone, quest’ultimo inizia a crescere da una regione espansa del corpo cellulare, che si chiama cono d’emergenza. Un ruolo importante nella crescita assonale viene svolto da proteine del citoscheletro, in particolare dalle molecole di actina e in particolare da una sua isoforma, la beta-actina. L’assone prende una determinata direzione che è determinata da fattori di crescita esterni alla cellula, come l’epinefrina, che per attivare una specifica via devono legare il recettore presente sulla cellula target.