Neuronal nitric oxide synthase positive cells in the human corpus callosum and indusium griseum

The aim of the present study is to investigate the possible mechanism for the control of cerebral blood flow in the corpus callosum (CC), that could explain the BOLD effect previously found (Fabri et al., 2011). The presence, number, distribution and morphology of neuronal Nitric Oxyde Sinthase (nNOS) positive cells was investigated in the corpus callosum (CC) and indusium griseum (IG). Nitric Oxyde (NO) is a gaseous neurotransmitter largely diffused in the brain, whichexerts a powerful vasodilatory effect, and therefore it can contribute to regulate the cerebral blood flow. Sagittal serial sections from paraffin or frozen autoptic specimens of human adult CC and overlying IG were processed for immunohistochemistry and immunofluorescence analysis, using an antibody against the neuronal form of the enzyme Nitric Oxyde Synthase (nNOS). The stainings revealed the presence of many nNOS immunopositive cells. By double labeling technique with immunofluorescence at confocal microscopy, it has been shown that in the CC both neurons and astrocytes positive to nNOS antibody were present, and their number varied in different conditions, as detailed below. In the IG, only neurons nNOS positive were found. Neurons showed different morphologies, were more numerous 1 mm apart from the medial line in IG and 4 mm in CC, with a peak over the body of the CC. In some cases, they were located at the boundary between IG and CC, more densely packed in proximity to the pial arteries penetrating into the CC. The significant presence of nNOS immunopositive neurons in these two structures suggests that they might have a role in the neurovascular regulation of CC, moreover the IG could plays a functional role in the adult brain. The presence of nNOS positive astrocytes in the human CC has been here demostrated for the first time. As previously mentioned, their number and distribution varied in different conditions: nNOS positive astrocytes were absent in samples from subjects deceased after a short hypoxia; their number and labeling intensity increased with the hypoxia prolongation. Neuronal NOS immunopositivity of CC astrocytes seems thus related to the hypoxia duration and the consequent brain damage.

L’obbiettivo del nostro studio è stato quello di comprendere il meccanismo che controlla la regolazione del flusso sanguigno cerebrale nel corpo calloso (CC) umano con il fine di spiegare l’effetto BOLD, precedentemente scoperto da Fabri e collaboratori nel 2011. Le analisi per determinare la presenza, il numero, la distribuzione e la morfologia delle cellule immunopositive all’enzima ossido nitrico sintetasi neuronale (nNOS) sono eseguite sul corpo calloso e sul’indusium griseum (IG). L’Ossido nitrico (NO) è un neurotrasmettitore gassoso largamente diffuso nel cervello umano ed ha, tra le altre funzioni, un potente effetto vasodilatante e perciò contribuisce a regolare il flusso sanguigno cerebrale. Sezioni seriali sagittali ottenute da blocchetti in paraffina e da taglio del tessuto in congelato sono state utilizzate per l’analisi immunoistochimica sul CC e sul IG. L’intensa marcatura che si è ottenuta ha dimostrato la presenza di cellule immunopositive al nNOS, e grazie alla microscopia a fluorescenza ne è stata confermata la loro natura neuronale e astrocitaria. Cellule neuronali immunopositive all’nNOS sono state osservate sia nel CC che nell’IG mentre gli astrociti che lo esprimono erano solo presenti nel CC. I neuroni nNOS positivi hanno mostrato diverse morfologie e risultavano essere piu abbondanti a 1mm a partire dalla linea mediana, per l’IG e a 4mm per il CC con un picco di massima abbondanza nel corpo del CC. In alcuni casi questi nueroni erano localizzati principalmente nell’interfaccia tra IG e CC e piu specificatamente in prossimita delle arterie piali, arteriole che originano dall’arteria sopracallosale che poi si affosano nel corpo calloso. La presenza di neuroni nNOS positivi in prossimità di vasi sanguigni, in questi due tessuti suggeriscono un loro plausibile ruolo nella regolazione neurovascolare del CC che potrebbero quindi ipoteticamente spiegare l’effetto BOLD osservato in risonanza. l’IG inoltre potrebbe giocare un ruolo attivo nel controllo della vascolarizzazione del CC, ed è quindi probabile e che non sia solo un tessuto di rimanenza embrionale come precedentemente si riteneva ma un tessuto con un sua funzione specifica. Infine è stata osservata per la prima volta la presenza di astrociti nNOS positivi nel corpo calloso umano. Queste cellule variavano nella presenza, nel numero e nelle loro distribuzione in base a diverse condizioni di ossigenazione sistemica che avvenivano nel momento del decesso. Infatti nei soggetti deceduti dopo una breve ipossia gli astrociti nNOS positivi erano assenti, mentre risultavano essere molto abbondanti nei soggetti deceduti con un ipossia prolungata. L’immunopositività degli astrociti sembrerebbe quindi essere correlata alla durata dell’ipossia cerebrale al momento della morte.