Neurogeneza adulta

Neurogeneza adulta

S-a considerat mult timp ca sistemul nervos central nu isi poate inlocui celulele degenerate. Aceasta incapacitate era pusa pe seama interferentei cu cicatricile gliale, lipsei factorilor neurotrofici care sustin supravietuirea si cresterea celulara, prezentei factorilor neurotoxici care impiedica remielinizarea. Formele de neuroplasticitate cunoscute explicau recuperarea partiala a functiei unui sistem prin preluarea functiei de catre alte structuri nervoase, prin activarea unor circuite secundare, prin mecanisme adaptatorii celulare (e.g. imprastierea sau sproutingul neuronal) sau prin reinvatare.

Cercetari recente au demonstrat ca neuroplasticitatea este sustinuta si la nivelul producerii si integrarii functionale  a unui numar mare de neuroni in creierul adult. Studierea sistemelor care continua sa produca noi neuroni de-a lungul vietii poate fi cheia stimularii neurogenezei in creierul lezat (i.e. boli degenerative, epilepsie, traumatisme cranio-cerebrale severe, accidente vascular-cerebrale), dar exista dovezi si asupra implicarii neurogenezei ca suport specific al memorarii si invatarii.

Revenind la definitia pe care am propus-o la inceput pentru neuroplasticitate, notam ca si neurogeneza adulta are drept scop tot optimizarea functionala a sistemului nervos. Conceptul de neuroplasticitate evolueaza pe mai multe dimensiuni. Se remarca dimensiuni ale manifestarilor neuroplastice, fiind cunoscute astazi fenomene de plasticitate sinaptica si plasticitate neuronala sub forma de neurogeneza si cresteri ale numarului sau dimensiunii prelungirilor neuronale ce sustin modificarile continue ale hartilor corticale ca suport al exercitiului invatarii si memoriei. Mai distingem o evolutie a acestui concept de neuroplasticitate pe dimensiunea temporala in perioada de dezvoltare si in viata adulta. De asemenea, neuroplasticitatea poate fi studiata in functie de nivelul de actiune, cercetarile pivotand de la neuroplasticitatea sistemelor cerebrale, la cea a retelelor neuronale, a celulelor nervoase individuale si a resorturilor moleculare ce se moduleaza in urma procesarilor specifice invatarii si memoriei. In fine, neuroplasticitatea permite flexibilitatea reactiilor structurale si functionale solicitate de scopuri diferite: neuroplasticitatea compensatorie, care se manifesta pentru repopularea unor zone degenerate, reconstructia sau preluarea functiei unor circuite neuronale perturbate si neuroplasticitatea constructiva, care asigura suportul nervos pentru realizarea invatarii si memoriei (Olteanu et al, 2000a).

2 Neurogeneza hipocampica la primatele adulte

Neurogeneza adulta a fost semnalata prima data la rozatoare, unde neuronii granulari sunt generati de-a lungul vietii dintr-o populatie de celule progenitor prezenta in zona subgranulara a girusului dintat. Aceste celule migreaza pana in stratul celulelor granulare, se diferentiaza si exprima fenotipuri neuronale (Ericsson et al, 1998).

Gould et al (1999a) au investigat daca neurogeneza adulta se produce si la primate. Unsprezece maimute adulte Maccaca fascicularis si Maccaca mulatta intre 5 si 23 de ani au primit injectii intraperitoneale de 5-bromodeoxiuridina (BrdU, i.e., un analog al timinei care este incorporat de celule in faza S, de sinteza a ADN, a diviziunii mitotice) Erau considerati adulti tineri indivizii maturi sexuali (4 ani fem./masc.), dar care nu au atins greutatea corporala maxima (6 ani fem./9 ani masc.) si adulti de varsta medie indivizii care au trecut de perioada greutatii corporale maxime. Pentru identificarea fenotipului celulelor, s-a realizat marcarea dubla cu BrdU si cu markeri specifici celulari (i.e.  TOAD-64, pentru celulele in curs de diviziune, NSE, NeuN si calbidina pentru neuroni si GFAP pentru celule gliale) si examinarea prin metode imunocitochimice pentru acesti markeri. Intervalul dintre ultima injectie BrdU si prelevarea sectiunilor a variat de la 2h, perioada suficienta pentru ca BrdU sa fie preluat de celulele in faza S, dar insuficient pentru mitoza sau migrare, la 1-2 saptamani, pentru maximizarea sansei de a observa celule noi (BrdU pozitive) care exprima markerii neuronali si minimizarea probabilitatii ca aceste celule sa moara in interval.

Rezultatele au indicat ca, la toti indivizii, celulele BrdUp pot fi observate in girusul dintat, in zona subventriculara (SVZ) aliniata la peretele ventriculilor laterali si intr-o regiune corespunzatoare retelei migratorii rostrale (RMS) descrisa la rozatoare.

La lotul la care sectiunile au fost prelevate la 2h dupa ultima infuzie BrdU, celulele BrdUp erau observate ocazional in reteaua migratorie rostrala, girusul dintat si zona subventriculara, iar grupuri mici de celule BrdUp erau identificate in zona subgranulara si in hilus. In general, tinerii adulti prezinta mai multe celule BrdUp in girusul dintat fata de maimutele de varsta medie sau senescente (23 ani). La animalele sacrificate la 1-2 saptamani dupa ultima injectie, celulele noi (BrdU/TOAD-64, NSE, NeuNp, dar nu BrdU/GFAPp) erau prezente in aspectul profund al girusului dintat in proportii variind de la 780 la 4308 celule; multe din celule prezentau caracteristicile morfologice ale neuronilor granulari, i.e., corpuri celulare de marime medie, rotunde sau ovale. La animalele care au primit injectii multiple de BrdU, numarul mediu de celule BrdUp era semnificativ: 1230 celule BrdUp in curs de diviziune (TOAD-64p), 822,1 celule BrdUp cu fenotip neuronal (NSE, NeuNp), 793 celule BrdUp cu fenotip neuronal granular (calbidinap).Celulele noi in curs de diviziune prezentau caracteristicile morfologice ale neuronilor granulari, inclusiv dendrite care se extindeau prin stratul molecular.

Analizele stereologice au relevat scaderea numarului de celule BrdU/TOAD-64p cu inaintarea in varsta. Se stie ca stresul determina cresterea nivelului glucocorticoizilor circulanti care reduce neurogeneza adulta. O posibilitate este ca scaderea neurogenezei adulte in functie de varsta sa fie mediata tot de cresterile asociate ale glucocorticoizilor. Nu s-au observat diferente intre distributia celulelor BrdUp sau TOAD-64p intre cele doua specii.

Neurogeneza in hipocampul uman adult

Generarea de neuroni se credea ca este limitata la o perioada discreta de dezvoltare, majoritatea neuronilor fiind deja prezenti in a saptea luna de gestatie si desavarsindu-si migrarea in viata prenatala (Rakic, 1995;apud. Benga, 1999). Un studiu al lui Eriksson et al (1998) confirma neurogeneza adulta ca pe o forma de neuroplasticitate prezenta si la om.

S-a prelevat post-mortem tesut hipocampic si din SVZ adiacenta nucleului caudat de la cinci pacienti cu cancer care primisera o injectie cu BrdU in scopuri diagnostice (i.e. pentru monitorizarea metastazelor).Celulele BrdUp au fost cuantificate in stratul granular, zona subgranulara a girusului dintat si in hilus (i.e. aria CA4).Variatia inter-individuala a numarului de celule BrdUp a fost determinata de diferenta intervalului post-infuzie (16-781 zile) si varsta diferita a subiectilor (57-72 de ani).

Celulele gliale stelate cu nuclei neregulati si corpi celulari mici (BrdU/GFAPp:18,1+1,8%) erau prezente in jurul neuronilor, dar nu coincideau cu celulele BrdUp cu fenotip neuronal. Acestea din urma erau localizate in stratul granular sau in apropierea acestuia, prezentau corpi celulari mici sau medii cu nuclei rotunzi sau ovali; proportia medie de celule noi cu fenotip neuronal era de 22,0+2,4%, iar numarul celulelor BrdU/NSEp (neuroni) si BrdU/calbidinap (neuroni granulari) era de 22,7+2,8%, respectiv, 7,9+2,2%.

In zona subventriculara, toate sectiunile au continut celule BrdUp, dar nu au exprimat markerii specifici celulelor post-mitotice. Aceste celule noi au un nucleu mic rotund sau oval, similare cu progenitorii observati la SVZ a rozatoarelor. Deci SVZ umana contine populatii mari de celule pluripotente care e nevoie sa migreze pentru a se putea diferentia.

Neurogeneza corticala adulta: un posibil suport pentru invatare

S-a dovedit ca neurogeneza adulta se produce mai ales in zonele mai vechi filogenetic, cum ar fi bulbul olfactiv sau hipocampul. Alte studii (Altman et al, 1965, 1967) indicau o corelatie interesanta intre comportamente complexe (e.g. construirea cuibului care solicita refacerea repetata a drumului, comportamentele de extindere a teritoriului care se sprijina pe abilitati spatiale complexe) si neurogeneza. Intensificarea ciclurilor neurogenice corela cu cresteri ale performantei. Dat fiind rolul cunoscut al hipocampului in sarcinile de memorare si invatare, s-a sugerat ideea ca neurogeneza adulta ar asigura un suport pentru sarcinile de invatare dependente de hipocamp. Ulterior, cercetarile efectuate la pasari adulte au aratat ca neurogeneza se produce si in hiperstriatum, o structura omoloaga cortexului cerebral de la mamifere. Pe aceste premise, demonstrarea neurogenezei neocorticale la mamiferele adulte (Gould et al, 1999b) era previzibila.

Experimentele s-au realizat la 12 maimute Maccaca fascicularis adulte care au fost injectate cu BrdU. La intervale de 2h/1-3 saptamani s-au prelevat sectiuni din cortexul prefrontal, cortexul temporal inferior, posterior parietal (localizari implicate in procesari cognitive laborioase) si cortexul striat (unde se realizeaza procesarea primara a stimulilor vizuali) care au fost analizate prin metode histochimice pentru markerii celulari.

La animalele la care sectiunile s-au prelevat la 2h dupa injectia BrdU, celulele BrdUp au fost localizate in SVZ, aliniate cu peretele ventriculilor laterali. Aceste celule precursor originare in SVZ migreaza ca neuroblasti prin substanta alba catre regiunile din neocortex unde se diferentiaza in neuroni maturi. La animalele la care s-au prelevat sectiuni la 1-3 saptamani dupa injectia BrdU, s-au observat celule cu nuclei ovali sau rotunzi, cu morfologie specific neuronala, in cortexul prefrontal, posterior parietal si temporal inferior, precum si in substanta alba din portiunea intermediara SVZ-zona neocorticala. In cortexul striat s-au identificat celule gliale noi, dar nici un neuron nou.

Prin metoda etichetarii retrograde, s-a determinat ca celulele nou generate si care au migrat in respectivele zone corticale isi extind axoni si se integreaza in circuite locale. Deci neuroblastii se diferentiaza, se agrega si devin functionali numai in zonele implicate in procesari cognitive laborioase. Oferim drept posibila explicatie faptul ca neurogeneza depinde si de actiunea neurotrofinelor care, asa cum am vazut, actioneaza preferential asupra sinapselor foarte activate.

Zonele prefrontala, parietala si temporala inferioara sunt implicate in plasticitatea comportamentala. Neuronii noi adaugati acestor zone pot servi ca substrat specific pentru invatare. Adaugarea de noi neuroni neocortexului in timpul vietii adulte asigura un continuum de neuroni de diferite "varste", care ar putea forma corelatul neuronal al dimensiunii temporale a memoriei (Gould, 1999b).

Descifrarea neurogenezei adulte pare sa readuca, cel putin temporar, teoriile invatarii si memorarii la nivel celular. In aceasta etapa, eforturile teoretice de sinteza si elaborarea unor modele alternative care sa incerce explicarea felului in care neurogeneza adulta sustine invatarea pot debloca cercetarea.