I microglia cerebellari si riorganizzano attorno ai neuroni durante l'invecchiamento, rivelando indizi sulla resilienza cerebrale

Il cervelletto, che ospita il 70–80% dei neuroni cerebrali e governa la coordinazione motoria, l'equilibrio e la cognizione, presenta un paradosso: è una delle regioni strutturalmente più colpite durante il normale invecchiamento, eppure rimane straordinariamente resistente alla patologia dell'Alzheimer (AD). Nonostante ciò, i meccanismi molecolari e cellulari alla base della resilienza cerebellare sono stati poco caratterizzati. Questo studio di Stanford si propone di mappare sistematicamente come le cellule del cervelletto — in particolare la microglia — si modifichino a livello trascrizionale e spaziale nel corso della vita del topo.

Il team ha eseguito il sequenziamento dell'RNA a singolo nucleo (snRNA-seq) su 87.677 nuclei isolati dai cervelletti di topi maschi e femmine a 3, 12, 18 e 24 mesi di età (n = 2 femmine e 2 maschi per gruppo di età). Il clustering UMAP ha identificato 16 distinti cluster di tipi cellulari annotati con marcatori cerebellari consolidati. L'analisi dell'espressione differenziale, che confrontava i soggetti giovani (3 mesi) con quelli più anziani (12, 18 e 24 mesi), ha rivelato che la microglia mostrava le variazioni trascrizionali più marcate tra tutti i tipi cellulari cerebellari, in particolare a 24 mesi. Il clustering temporale Mfuzz ha confermato che i cluster genici associati all'età (cluster 1 e 7) erano prevalentemente di origine microgliale.

Per collocare la microglia cerebellare in un contesto regionale più ampio, i ricercatori hanno eseguito il bulk RNA-seq su microglia selezionata tramite FACS da sei regioni cerebrali — cervelletto, corteccia, ippocampo, talamo, ipotalamo e striato — a 1, 3 e 22 mesi (n = 6 maschi per gruppo). L'analisi delle componenti principali ha mostrato che i punteggi PC1, che catturano l'asse dominante della variazione trascrizionale, erano più elevati nella microglia cerebellare e più bassi in quella ippocampale e corticale in tutte le fasce di età, indicando una traiettoria di invecchiamento trascrizionale accelerata e peculiare nel cervelletto. La WGCNA ha identificato quattro moduli chiave (M4, M9, M10, M12): la microglia cerebellare mostrava i punteggi M4 più elevati (segnalazione dell'interferone di tipo I e delle citochine) e i più bassi per M9 (endocitosi mediata da recettori) e M10 (regolazione dell'autofagia), mentre la microglia ippocampale mostrava il pattern opposto. In particolare, la firma microgliale neuroprotettiva — collegata alla risposta alle placche amiloidi e alla variante protettiva PLCG2 P522R — era altamente espressa nella microglia cerebellare invecchiata, mentre la firma microgliale con accumulo di gocce lipidiche (LD), associata alla disfunzione microgliale e alla patologia AD, era significativamente più elevata nella microglia corticale e ippocampale.

Per caratterizzare la dimensione spaziale di queste modificazioni, il team ha applicato la trascrittomica spaziale MERFISH (multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization) a sezioni cerebrali sagittali di topi giovani (3 mesi) e anziani (24 mesi) (n = 6 per sesso), utilizzando un pannello di 500 geni che prendeva di mira l'invecchiamento, la neuroinfiammazione e la specificità dei tipi cellulari. Su 991.315 cellule distribuite in 7 regioni cerebrali e 38 classi cellulari principali, la microglia cerebellare invecchiata ha mostrato un marcato aumento della vicinanza ai neuroni granulari entro un raggio di 30 μm. La colorazione per immunofluorescenza con IBA1 (microglia) e GABRA6 (cellule granulari) ha confermato un significativo aumento della densità microgliale nello strato delle cellule granulari nei topi anziani. Al contrario, la microglia ippocampale invecchiata mostrava una maggiore associazione con altri tipi cellulari non neuronali — un pattern di riorganizzazione spaziale fondamentalmente diverso.

La microglia situata in prossimità delle cellule granulari nel cervelletto invecchiato esprimeva uno stato trascrizionale distinto, definito da geni coinvolti nella segnalazione sinaptica (Cbln1, Adcy1), nella risposta immunitaria (Cxcl2, Slamf9) e nella regolazione del ciclo cellulare (Cdk2). I ricercatori hanno formalizzato questo come una "firma microgliale associata ai neuroni", con la più alta espressione media Z-scored osservata nella microglia cerebellare invecchiata entro 40 μm dalle cellule granulari — un pattern assente nella microglia ippocampale. Questo stato trascrizionale dipendente dalla prossimità rappresenta un adattamento microgliale regione-specifico esclusivo del cervelletto che invecchia, che potrebbe contribuire alla sua resilienza nei confronti della patologia AD. Le limitazioni includono l'utilizzo esclusivo di modelli murini, le ridotte dimensioni del campione per ciascun gruppo e l'impossibilità di stabilire la direzione causale tra il riposizionamento microgliale e la neuroprotrezione.