Rita Levi-Montalcini ed il fattore di crescita neuronale

RITA LEVI-MONTALCINI ED IL FATTORE DI CRESCITA NEURONALE

“Il tumore aveva dato un primo indizio della sua esistenza a St. Louis, ma fu a Rio de Janeiro che esso si rivelò, e lo fece in modo teatrale e grandioso, come se fosse stato stimolato da quella luminosa ed esplosiva atmosfera dell’esuberante manifestazione di vita che è il Carnevale di Rio”

[Dal discorso di ringraziamento di Rita Levi-Montalcini alla consegna del Premio Nobel per la Medicina, Stoccolma 8 dicembre 1986]


Il percorso del Fattore di crescita neuronale

Rita Levi-Montalcini (Torino, 22 aprile 1909 – Roma, 30 dicembre 2012)

Nel suo discorso di ringraziamento la dottoressa Levi-Montalcini racconta il percorso che ha portato alla scoperta ed identificazione del Fattore di Crescita Neuronale (Nerve Growth Factor, NGF), dagli anni trenta del novecento fino al periodo in cui tiene il discorso, in un arco di circa 50 anni, cercando anche di identificate i possibili sviluppi futuri in termini di conoscenza e cure di malattie.
La storia dell’NGF inizia con il dott. Viktor Hamburger, allievo del grande embriologo Hans Spemann, il quale decide nel 1934 di sostituire gli anfibi con l’embrione di pollo per lo studio dello sviluppo del sistema nervoso. Nel 1948, un allievo di Hamburger, Elmer Bueker, scopre che il gli innesti di un particolare tumore, il ‘sarcoma del topo 180‘, negli embrioni di pollo, suscitavano l’emersione di fibre nervose dai gangli dell’embrione in contatto con il tumore.


Dall’Europa all’America

NGF iniettato a mezzo di un microcapillare nel pavimento del quarto ventricolo in Roditori neonati provocava non solo la consueta ipertrofia dei gangli simpatici, ma la formazione di un fascio di fibre nervose ectopiche che si dirigevano verso la fonte intracerebrale di NGF.

A questo punto entra in gioco a pieno il ruolo fondamentale della dottoressa Levi-Montalcini nella scoperta dell’NGF. Infatti, collaborando con il dott. Hamburger, che l’aveva chiamata a lavorare con lei negli Stati Uniti alla fine degli anni quaranta, la scienziata torinese ristudiò questo straordinario fenomeno adottando il metodo che aveva sviluppato durante i suoi primi studi neuroembriologi; e cioè quello di ispezionare quotidianamente tessuto di controllo e gli embrioni sperimentali sezionati in serie e impregnati di una specifica tecnica di colorazione argentica. Levi-Montalcini scoprì che non solo i gangli embrionali di pollo adiacenti o in connessione diretta con i tessuti neoplastici, erano stati enormemente ampliati, ma anche le fibre nervose sensoriali e che i tessuti embrionali e tumorali erano in reciproca connessione anche attraverso il sistema circolatorio. Per completare i suoi studi, la dottoressa Levi-Montalcini, carica la sua borsa con alcune cavie e si trasferisce in Brasile per poterle studiare meglio con una sua amica e collega, la dottoressa Hertha Meyer. Qui, si rende conto che l’agente tumorale stimolante la crescita nervosa nell’embrione del pollo non può che essere un fattore di crescita solubile; e da Rio de Janeiro invia al dottor Hamburger disegni che forniscono un eloquente resoconto del modo spettacolare in cui questo agente ancora sconosciuto si rivela.


STUDI SUGLI EMBRIONI DI POLLO

La prima forte evidenza di un effetto neurotropico di NGF è stata ottenuta da esperimenti di microiniezioni giornaliere di NGF nel “pavimento del quarto ventricolo. Un trattamento di 7 giorni ha comportato la penetrazione di fasci di fibre originati da gangli simpatici all’interno del tubo neurale e la loro conclusione a livello di pool di NGF prodotti sperimentalmente.

In essi, gangli sensoriali e simpatici espiantati da embrioni di pollo di 8 giorni in un mezzo semisolido in prossimità, ma non in contatto, di frammenti di sarcoma di topo 180 o 37 hanno prodotto, in un periodo di 24 ore, un alone di fibre nervose di densità massima sul lato rivolto verso il tumore. Mentre Rita Levi-Montalcini scopriva il cosidetto ‘effetto alone’, un giovane biochimico, Stanley Cohen, che si era unito al gruppo di ricerca poco prima del suo ritorno da Rio, isolò dai due tumori una frazione di nucleoproteina dotata dell’attività di promozione della crescita nervosa in vitro.
Il gruppo scoprì che non solo due tipi di sarcoma di topo (180 e 37) erano in grado di stimolare la risposta neuronale, ma anche il veleno del serpente mocassino, mentre il suo antisiero inibiva la crescita delle fibre indotta dal veleno NGF.
Inizialmente, il grosso della comunità scientifica accolse in maniera in molto scettica l’insieme delle scoperte fatte dal gruppo di lavoro della dottoressa Montalcini: la scoperta che una molecola proteica da fonti così diverse e non correlate come sarcomi di topo, veleno di serpente e ghiandole salivari di topo, suscitasse un’azione così potente e disgregante sui normali processi neurogenetici, non si adattava a nessun schema concettuale preesistente, né sembrava supportare qualsiasi relazione con i normali meccanismi di controllo sul lavoro durante l’ontogenesi.


NGF E SISTEMA NERVOSO

Descrizione dell’effetto “alone” sull’embrione di pollo suscitato dal fattore di crescita nervoso (NGF) in presenza di frammenti di sarcoma di topo. In (C), in alto a sinistra, si mostrano i primi effetti neurotropici.

La successiva dimostrazione che l’NGF etichettata è captata dalle terminazioni nervose delle fibre simpatiche o sensoriali e viene trasportata in maniera retrograda nel soma cellulare, diede comunque un forte sostegno al concetto dell’NGF come messaggero trofico, trasmesso attraverso le fibre nervose dalle cellule periferiche ai neuroni innervanti.
La prima forte evidenza di un effetto neurotropico di NGF è stata ottenuta da esperimenti di microiniezioni giornaliere di NGF nel “pavimento del quarto ventricolo”. Un trattamento di 7 giorni ha comportato la penetrazione di fasci di fibre originati da gangli simpatici all’interno del tubo neurale e la loro conclusione a livello di pool di NGF prodotti sperimentalmente.
Il sequenziamento della ghiandola sottomandibolare di topo NGF, ottenuto nel 1971, ha fornito informazioni preziose non solo sulla sua struttura primaria, ma è stato di fondamentale importanza nella preparazione di oligonucleotidi sintetici che hanno portato all’identificazione del cDNA dell’NGF. La clonazione seguita in rapida successione di geni di topo, umano, bovino e di pollo, ha dimostrato il loro alto grado di omologia. Il gene NGF è stato situato nella specie umana sul braccio corto prossimale del cromosoma 1.


DIVERSI FATTORI DI CRESCITA

Viktor Hamburger e Rita Levi-Montalcini ricevono un premio nel 1987.

La scoperta di NGF, presto seguita da quella del ‘Fattore di Crescita Epidermico‘ (EGF), ha portato all’identificazione biologica di un elenco sempre crescente di fattori di crescita polipeptidici.

Negli anni Settanta, un’altra area della biologia apparentemente non correlata arrivò in prima linea nella ricerca con la scoperta di prodotti a singolo gene (oncogeni) che causavano trasformazioni tissutali. I ‘Fattori di Crescita Polipeptidici‘ (PGF) e la ricerca sull’oncogene, perseguiti inizialmente indipendentemente l’uno dall’altro, convergevano quando l’omologia tra alcuni oncogeni e fattori di crescita o i loro recettori veniva mostrata mediante analisi di sequenza.


RUOLI ESSENZIALI NEL CICLO CELLULARE

Rita Levi-Montalcini in laboratorio agli inizi degli anni sessanta.

La conclusione ovvia è che un dato fattore di crescita polipeptidica, o proteine intracellulari che svolgono ruoli essenziali nel ciclo cellulare o nella differenziazione di alcune cellule, possono esercitare azioni marcatamente diverse in tipi cellulari distinti.
Nel caso dell’NGF, ci si chiede se e come altre azioni siano suscitate da questa versatile molecola.
La prima dimostrazione di un’attività pleiotropica dell’NGF si è avuta nel 1981, in esperimenti consistenti nell’iniezione intracerebrale di anticorpi diretti contro l’NGF in singoli feti di ratti esposti, a seguito di taglio cesareo, nella settimana prenatale. Questo intervento intracerebrale non impediva che la gestazione venisse portata a termine. I neonati sottoposti a questo trattamento nei controlli non differivano dagli altri, tuttavia nella prima settimana di vita un numero rilevante moriva a causa di un progressivo decadimento di tutte le funzioni vitali.


NGF E CRESCITA NEURO-ENDOCRINA

I sopravvissuti andavano incontro a un notevole arresto della crescita e a uno sviluppo fortemente deficitario del sistema neuro-endocrino, come dimostrato dall’imponente riduzione in volume dell’ipofisi, della tiroide e del surrene.
I risultati sopra descritti hanno rivelato altre attività dello spettro d’azione dell’NGF, che suggeriscono un ruolo della massima importanza, consistente nel coinvolgimento operativo di tipo modulatorio nei sistemi nervoso, endocrino e immunitario.


NGF E DIFFERENZIAZIONI NERVOSE

Nel 1975 gli studi condotti nel laboratorio della Levi-Montalcini avevano evidenziato che iniezioni di NGF in roditori neonati provocavano uno straordinario aumento numerico di cellule appartenenti al sistema immunitario, note come mastociti. Nell’ambito del network neurocutaneo, l’NGF non solo presiede allo sviluppo e al differenziamento dei neuroni sensoriali e simpatici, ma è anche in grado di modulare nell’adulto l’arborizzazione terminale delle fibre amieliniche, nonché la sensibilità termica e traumatica dei nocicettori afferenti, che nell’epidermide formano un complesso network tridimensionale. I suoi effetti cutanei sono stati messi in evidenza da studi effettuati su topi transgenici che sovraesprimono l’NGF nella pelle.


In conclusione:

La scoperta dell’NGF ha portato alla luce l’esistenza di un’intera classe di nuove sostanze collettivamente denominate ‘fattori di crescita‘ e appartenenti alla più vasta categoria dei messaggeri extracellulari, che comprendono ormoni e vitamine. In questo contesto il ruolo svolto dall’NGF non è limitato al sistema nervoso centrale e periferico (azione che ha inizialmente ispirato la sua denominazione), ma si estende a numerose funzioni nel contesto di network operativi a livello dell’organismo.


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