Cosa sono gli astrociti?

Di Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Reviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

Cosa sono gli astrociti?

Gli astrociti sono cellule neurogliali altamente eterogenee con caratteristiche funzionali e morfologiche distinte in diverse parti del cervello. Sono responsabili del mantenimento di una serie di processi complessi necessari per un sano sistema nervoso centrale (SNC).

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Morfologia e fisiologia degli astrociti

Gli astrociti umani sono classificati in base alla loro posizione anatomica e morfologia cellulare in astrociti protoplasmatici, astrociti fibrosi, astrociti interlaminari, astrociti polarizzati e astrociti a proiezione varicosa.

Gli astrociti protoplasmatici si trovano nella materia grigia del cervello, mentre gli astrociti fibrosi si trovano nella materia bianca del cervello. Gli astrociti interlaminari e gli astrociti polarizzati sono presenti negli strati corticali vicini alla materia bianca.

Anche gli astrociti a proiezione varicosa risiedono negli strati corticali profondi. Tuttavia, a differenza degli astrociti interlaminari, non si trovano nei cervelli neonatali.

Gli astrociti formano sequenze non sovrapposte, simili a piastrelle, nel SNC e giocano un ruolo importante nell’aumentare la concentrazione di calcio intracellulare. L’aumento del calcio intracellulare è necessario per mantenere la comunicazione astrocita-astrocita e astrocita-neurone e assiste gli astrociti nella trasmissione sinaptica. Nell’omeostasi molecolare, gli astrociti regolano il rilascio di molecole neurotrasmettitoriali come il glutammato, le purine, la D-serina e l’acido gamma aminobutirrico (GABA). Gli astrociti regolano anche il pH e l’omeostasi degli ioni K+, Ca2+ e Cl-.

Gli astrociti sono coinvolti nel funzionamento del sistema linfatico e nel controllo della barriera sangue-cervello per mantenere l’omeostasi degli organi. L’omeostasi metabolica vede il coinvolgimento degli astrociti nella regolazione del flusso sanguigno locale, nel fornire supporto metabolico e nella sintesi e stoccaggio del glicogeno.

Gli astrociti hanno un ruolo importante nell’omeostasi del sonno e nella regolazione dell’assunzione di cibo e dell’equilibrio energetico come parte del supporto omeostatico sistemico. Nell’omeostasi cellulare e di rete gli astrociti forniscono supporto durante la neurogenesi, la plasticità sinaptica, così come nella sinaptogenesi, nella manutenzione sinaptica e nell’eliminazione.

Identificazione degli astrociti

La proteina acida fibrillare glaciale (GFAP) è un marker prototipico che viene utilizzato durante la rilevazione immunoistochimica degli astrociti. Tuttavia, la GFAP può non essere presente in livelli rilevabili in molti tessuti sani del SNC a causa delle varie altre molecole di segnalazione intracellulari e intercellulari.

Altri marcatori molecolari includono S100β, glutammina sintetasi e il gene codificante la proteina Aldeide Deidrogenasi 1 membro della famiglia L1 (Aldh1L1). Inoltre, le tecniche di microarray e di sequenziamento dell’acido ribonucleico (RNA) combinate con la selezione delle cellule attivata dalla fluorescenza (FACS) o altre tecniche di immunopanning sono state utilizzate per caratterizzare il profilo completo dell’mRNA degli astrociti umani.

I coloranti fluorescenti come i coloranti Alexa o Lucifer sono anche utilizzati per visualizzare gli astrociti. Sonde con spettri diversi sono anche combinate per permettere la visualizzazione selettiva degli astrociti. Allo stesso modo, la sulforodamina 101 e la sulforodamina B o G sono sonde cationiche fluorescenti gliofile che possono essere somministrate per via endovenosa per identificare gli astrociti mentre penetrano la barriera emato-encefalica.

Negli ultimi anni, un certo numero di marcatori geneticamente codificati vengono utilizzati per visualizzare gli astrociti come il giallo Cameleon Nano 50 (YC-Nano50).

Ruolo degli astrociti nello sviluppo del SNC

Gli astrociti guidano il movimento degli assoni e dei neuroblasti durante il loro sviluppo e rilasciano la trombospondina, una glicoproteina, per una corretta formazione e funzionamento delle sinapsi. Gli astrociti producono anche prostaglandine, acido arachidonico e ossido nitrico che aiutano nella regolazione del flusso sanguigno locale nel SNC. Oltre a questo, gli astrociti sono anche coinvolti nel metabolismo del SNC in quanto sono noti per essere la principale unità di stoccaggio del glucosio nel SNC.

Ruolo degli astrociti nelle malattie

Una delle caratteristiche dei disturbi neurodegenerativi è l’astrogliosi reattiva. L’astrogliosi reattiva è un cambiamento osservato negli astrociti a livello cellulare, molecolare e funzionale indicativo di un trauma del SNC causato da una lesione o dall’insorgere di una condizione patologica.

In base alla gravità del danno al SNC, l’astrogliosi reattiva è stata classificata in astrogliosi reattiva lieve o moderata, diffusa grave e grave. Nell’astrogliosi reattiva da lieve a moderata, l’upregulation dell’espressione GFAP è varia insieme all’ipertrofia cellulare all’interno dei singoli astrociti.

Nell’astrogliosi reattiva diffusa grave, l’upregulation del GFAP è maggiore con l’ipertrofia cellulare che va oltre i singoli astrociti portando alla compenetrazione e sovrapposizione dei processi degli astrociti adiacenti. La ricerca ha dimostrato che una grave astrogliosi reattiva è un risultato della lesione del cervello e del midollo spinale e indica una prognosi sfavorevole, anche se alcuni studi hanno anche suggerito le proprietà neuroprotettive degli astrociti reattivi che formano la cicatrice dopo tale trauma.

Gli astrociti reattivi hanno un ruolo importante nella diffusione delle infezioni, specialmente quelle di origine virale. Per esempio, nell’encefalite da herpesvirus umano 6 (HHV-6), il virus può causare encefalite sia negli adulti immunocompromessi che in quelli sani. La comparsa di astrociti è di importanza diagnostica soprattutto dopo un ictus o in altre malattie cerebrovascolari come l’infarto ischemico, dove si osserva che gli astrociti circondano aree di encefalomalacia cistica.

Gli astrociti in terapia

Il ruolo significativo che gli astrociti svolgono nella salute neuronale ha suscitato l’interesse dei ricercatori a guardarli come nuovi obiettivi terapeutici per una varietà di disturbi. Ci sono molti metodi di trattamento che vengono esplorati per colpire i percorsi dannosi degli astrociti, come le nanoformulazioni, i trattamenti con peptidi, così come la terapia genica virale.

Circa il 20% della malattia familiare del motoneurone è causato dal gene della superossido dismutasi rame-zinco (SOD1). Blackburn et al. hanno dimostrato che la riduzione selettiva del gene può provocare un’insorgenza ritardata della malattia, anche se il suo effetto sulla durata della vita è minore. La modulazione degli astrociti reattivi a causa della loro elevata plasticità è una strategia terapeutica che è stata suggerita per la terapia dell’ictus basata sulle cellule da Choudhary et al.

Inoltre, le metodologie di trapianto come l’innesto di cellule staminali per produrre astrociti maturi sono state studiate in modelli murini per malattie come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Uno di questi studi ha trapiantato cellule staminali neurali umane (NSC) in modelli animali di malattia di Parkinson (PD) indotta da tossine e ha mostrato un rallentamento dei sintomi progressivi della PD dovuto alla stimolazione della dedifferenziazione degli astrociti. Un altro studio che ha utilizzato ratti con la malattia di Huntington (HD) ha anche riportato la differenziazione delle NSC in astrociti e neuroni nello striato di ratto.

Con la ricerca che riconosce che gli astrociti svolgono un ruolo cruciale nella salute neuronale e non solo un “ruolo di supporto”, molti modelli animali utili, così come matrici tridimensionali, sono in fase di sviluppo per migliorare le applicazioni terapeutiche degli astrociti.

Fonti

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Scritto da

Deepthi Sathyajith

Deepthi ha passato gran parte della sua prima carriera lavorando come ricercatrice post-dottorato nel campo della farmacognosia. Ha iniziato la sua carriera nella farmacovigilanza, dove ha lavorato su molti progetti globali con alcune delle principali aziende farmaceutiche del mondo. Deepthi è ora consulente scientifico per una grande azienda farmaceutica e collabora occasionalmente con News-Medical, applicando la sua esperienza a una vasta gamma di argomenti di scienze della vita.

Ultimo aggiornamento Mar 9, 2020

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