Genetic manipulation in the ferret brain (age: postnatal day 16). Neural stem cells in the left hemisphere were electroporated in vivo 24 days earlier. GFP+ neurons (green) have their cell bodies in the electroporated hemisphere and extend their processes to the contra-lateral hemisphere. Magenta, GFAP (glial cell marker); blue, DAPI (nuclei). Credit: Kalebic et al., eLife 2018;7: e41241.
Neurogenomica

Kalebic Group

La neocorteccia è la parte del cervello coinvolta in una varietà di funzioni cognitive superiori, compreso il linguaggio. Durante l’evoluzione del cervello umano, la neocorteccia ha subito una drammatica espansione, che è considerata la base delle capacità cognitive senza pari degli esseri umani. I danni cognitivi spesso derivano da alterazioni delle dimensioni o della forma della neocorteccia, che a loro volta sono causati da difetti durante lo sviluppo della stessa. Tuttavia, si conosce ancora molto poco dei meccanismi che sono alla base dello sviluppo della neocorteccia umana e delle patologie ad essa correlate.

La ricerca del Kalebic Group si concentra sui meccanismi biologici molecolari e cellulari alla base dello sviluppo della neocorteccia umana e sulle sue implicazioni per l’evoluzione umana e i disturbi dello sviluppo neurologico. Siamo particolarmente interessati ai due seguenti aspetti:

  • la capacità proliferativa delle cellule staminali neurali: una caratteristica chiave che determina il numero di neuroni prodotti controllando così la dimensione della neocorteccia. Studiamo le caratteristiche molecolari e cellulari delle cellule staminali neurali che hanno portato alla notevole espansione della neocorteccia umana così come le mutazioni genomiche presenti nei disturbi dello sviluppo neurologico che portano ad alterazioni nelle dimensioni della neocorteccia, come la microcefalia (cervello troppo piccolo) e la macrocefalia (cervello troppo grande).
  • la migrazione dei neuroni, fondamentale per stabilire la corretta forma della neocorteccia. I difetti della migrazione possono portare a disturbi che influenzano la piegatura neocorticale, come la lissencefalia (troppe poche pieghe) e la polimicrogiria (troppe pieghe piccole). Utilizzando specie di mammiferi con una neocorteccia liscia o piegata, indaghiamo i meccanismi alla base del ripiegamento neocorticale e il ruolo dei geni le cui mutazioni possono causare il ripiegamento alterato nell’uomo.

Il Kalebic Group adotta un approccio multidisciplinare su diverse scale biologiche, combinando tecniche molecolari e genetiche all’avanguardia, l’editing del genoma CRISPR/Cas9, imaging avanzato in vivo e metodi computazionali. Applichiamo queste tecniche a una varietà di sistemi modello, tra cui campioni umani, organoidi cerebrali e modelli animali.

Membri del gruppo

Pubblicazioni

  • 01/2022 - Frontiers in Neuroscience

    Roots of the Malformations of Cortical Development in the Cell Biology of Neural Progenitor Cells

    The cerebral cortex is a structure that underlies various brain functions, including cognition and language. Mammalian cerebral cortex starts developing during the embryonic period with the neural progenitor cells generating neurons. Newborn neurons migrate along progenitors’ radial processes from the site of their origin in the germinal zones to the cortical plate, where they mature […]

  • 09/2021 - Development

    Inheritance and flexibility of cell polarity: a clue for understanding human brain development and evolution

    Cell polarity is fundamentally important for understanding brain development. Here, we hypothesize that the inheritance and flexibility of cell polarity during neocortex development could be implicated in neocortical evolutionary expansion. Molecular and morphological features of cell polarity may be inherited from one type of progenitor cell to the other and finally transmitted to neurons. Furthermore, […]

  • 04/2021 - Frontiers

    The Ferret as a Model System for Neocortex Development and Evolution

    The neocortex is the largest part of the cerebral cortex and a key structure involved in human behavior and cognition. Comparison of neocortex development across mammals reveals that the proliferative capacity of neural stem and progenitor cells and the length of the neurogenic period are essential for regulating neocortex size and complexity, which in turn […]

  • 10/2020 - Neuron

    Serotonin Receptor 2A Activation Promotes Evolutionarily Relevant Basal Progenitor Proliferation in the Developing Neocortex.

    Evolutionary expansion of the mammalian neocortex (Ncx) has been linked to increased abundance and proliferative capacity of basal progenitors (BPs) in the subventricular zone during development. BP proliferation is governed by both intrinsic and extrinsic signals, several of which have been identified. However, a role of neurotransmitters, a canonical class of extrinsic signaling molecules, in […]

  • 08/2020 - Trends in Neuroscience

    Basal Progenitor Morphology and Neocortex Evolution

    The evolutionary expansion of the neocortex is thought to be largely the consequence of an increase in the proliferative capacity of a specific class of neural progenitors called basal progenitors (BPs). Here we propose that BP morphology is a key cell biological feature underlying the increase in BP proliferative capacity. During neocortical expansion, BPs show […]