Come i neuroni perdono le loro connessioni

di Francesco Burlando e Alessandro Bertirotti

ponteAbstract: CPG2 recluta Endofilina B2 al citoscheletro per l’attività di endocitosi dei recettori sinaptici del glutammato.

Prefazione, a cura di Francesco Burlando

Un’approfondita analisi che si focalizzi sul funzionamento del cervello lascia sempre spazio a importanti riflessioni sui meccanismi che compongono la nostra attività cognitiva. In particolare, in questo articolo, il tema affrontato è decisamente interessante da molti punti di vista. Il meccanismo di endocitosi, attraverso cui le terminazioni post sinaptiche interiorizzano i recettori, si presta ad alcune considerazioni. È interessante notare come per il mantenimento dell’efficienza delle trasmissioni sinaptiche, i neuroni provvedano a proteggere le parti deboli o danneggiate inglobandole al proprio interno, per prepararle a stimolazioni successive. Rapportato al mondo macroscopico di noi esseri umani, può essere interessante domandarsi se la stessa buona pratica venga seguita o meno.

Mentre è difficile rispondere per quanto riguarda un’ottica antropologica e sociale, dal punto di vista della progettazione è sicuramente così. Diversi sono gli esempi che si potrebbero fare di strutture che utilizzano una sorta di endocitosi per proteggere alcune loro parti da sollecitazioni troppo intense, quando queste non vengono utilizzate (si pensi ai carrelli di atterraggio degli aeroplani). Per esempio, è recentissima la notizia (apparsa su Daily Maily il 17 Dicembre 2015) dell’invenzione da parte del cinese Wang Wenxi di un letto anti terremoto. Il letto, dotato di una robusta cassa sotto il materasso, nel momento in cui rivelasse una scossa di terremoto in atto, è in grado di proteggere colui o coloro che stanno dormendo “inghiottendoli” al proprio interno e chiudendosi su sé stesso.

Come si può notare, più si procede negli studi che riguardano il funzionamento dei processi cerebrali, più ci si accorge che tali processi sono analoghi a molte azioni e stili comportamentali che riscontriamo nella società umana.


Gli Scienziati hanno identificato una proteina che attenua la sensibilità delle cellule nervose

Articolo tradotto da: http://neurosciencenews.com/

Traduzione di Francesco Burlando

Rafforzare e indebolire le connessioni tra neuroni, chiamate sinapsi, è opera di un meccanismo vitale per lo sviluppo del cervello e per il suo normale funzionamento.

Uno dei modi in cui i neuroni indeboliscono le proprie sinapsi è il “risucchiamento” dei recettori, posti sulla propria superficie, che normalmente rispondono al glutammato, una delle sostanze chimiche eccitatrici del cervello.

In un recente studio, i neuroscienziati dell’MIT (Massachusetts Institute of Technology), hanno descritto come avviene questo riassorbimento del recettore, che permette ai neuroni di liberarsi delle connessioni indesiderate e di ammortizzare la sensibilità delle stesse in caso di sovraeccitazione.

Interiorizzare ed estromettere i recettori è un processo dinamico ed è fortemente regolato dalle condizioni di un neurone,” afferma Elly Nedivi, professore di Brain and Cognitive Sciences e membro dell’MIT’s Picower Institute for Learning and Memory. “La nostra comprensione di come i recettori sono disattivati e in che modo i percorsi regolatori hanno un effetto su ciò, è stata, finora, scarsa”

Nedivi e colleghi hanno scoperto che una proteina chiamata CPG2 è la chiave di questa regolazione. Ciò può essere compreso poiché i mutamenti nella variante presente negli umani di CPG2 sono stati in precedenza collegati al manifestarsi di disturbi bipolari. “Questo consente di testare diversi mutamenti umani e il loro impatto a livello cellulare” afferma Nedivi, che è il senior author dell’articolo che descrive le scoperte (Jan. 14, in Current Biology).

Il lead author è l’ex postdoc (assegnista di ricerca) del Picower Institute, Sven Loebrich. Gli altri autori sono l’assistente tecnico Marc Benoit, il neo-laureato presso l’MIT Jaclun Konopka, ex postdoc Joanne Gibson e Jeffrey Cottrel, Direttore del translational research, presso lo Stanley Center for Psychiatric Research al Broad Institute.

La costruzione di un ponte

I neuroni comunicano mediante le sinapsi attraverso neurotrasmettitori come il glutammato, che fluiscono dalla zona presinaptica del neurone a quella postsinaptica. Questa comunicazione permette al cervello di coordinare attività e di immagazzinare informazioni come nuovi ricordi.

Studi precedenti hanno mostrato che le cellule postsinaptiche possono attivamente interiorizzare alcuni dei loro recettori in un fenomeno chiamato depressione a lungo termine (LTD). Questo importante processo permette alle cellule di indebolire ed eventualmente eliminare le connessioni deboli, allo scopo di ricalibrarne lo stato per le successive eccitazioni. Inoltre, può proteggerle dalla sovraeccitazione rendendole meno sensibili a uno stimolo in corso.

L’interiorizzazione dei recettori comporta la partecipazione del citoscheletro (che fornisce l’energia fisica) e di proteine complesse e specializzate, conosciute col nome di macchinario endocitotico. Questo macchinario esegue l’endocitosi: il processo di incorporazione di una sezione della membrana cellulare e di tutto ciò che è attaccato ad essa, mediante la formazione di una vescicola. Nella sinapsi, questo processo è utilizzato per interiorizzare i recettori.

Fino ad oggi, il modo in cui il citoscheletro e il macchinario endocitotico sono collegati era sconosciuto. Nel nuovo studio, il team di Nedivi ha scoperto che la proteina CPG2 forma un ponte tra il citoscheletro e il macchinario endocitotico.

“CPG2 agisce come legante per il macchinario endocitotico, che il citoscheletro può usare per trascinare all’interno le vescicole” afferma Nedivi.

“I recettori del glutammato che sono nella membrana vengono avvolti e interiorizzati”.

Essi hanno, inoltre, scoperto che CPG2 si collega al macchinario endocitotico attraverso una proteina chiamata EndoB2. Questa interazione CPG2-EndoB2 si verifica solamente durante l’interiorizzazione dei recettori, provocata dalla stimolazione sinaptica e si distingue dal costante riciclo dei recettori del glutammato che normalmente si verifica nelle cellule. Il laboratorio di Nedivi ha precedentemente mostrato come questo processo, che non cambia la complessiva sensibilità della cellula al glutammato, è anch’esso regolato da CPG2.

“Questo studio è interessante perché mostra come, assumendo diversi ruoli, CPG2 può regolare diversi tipi di endocitosi” spiega Linda Van Aelst, professoressa al Cold Spring Harbor Laboratory, la quale non fa parte della ricerca.

Quando le sinapsi sono troppo attive, si può notare che un enzima chiamato protein-chinasi A (PKA) si lega a CPG2 e fa sì che essa faccia partire l’assorbimento del recettore attività-dipendente. La proteina CPG2 può anche essere controllata da altri fattori che regolano PKA, tra cui il livello di ormoni, spiega Nedivi.

 

ponte 

I Neuroscienziati del MIT hanno scoperto che la proteina CPG2 connette il citoscheletro (rappresentato dal ponteggio del ponte) e il macchinario endocitotico (rappresentato dalle macchine) durante il riassorbimento dei recettori del glutammato. Ogni macchina sul ponte porta una vescicola contenente i recettori del glutammato.

Legami con il disturbo bipolare

Nel 2011, un grande consorzio comprendente ricercatori del Broad Institute ha scoperto che un gene chiamato SYNE1 è il secondo maggior gene collegato alla suscettibilità al disturbo bipolare. Essi erano emozionati nello scoprire che questo gene codifica per CPG2, un regolatore dei recettori di glutammato, offrendo perciò importanti evidenze di come questi recettori siano implicati nel disturbo bipolare.

In uno studio pubblicato a Dicembre, Nedivi e colleghi, compresi Loebrich e il co-lead author Mette Rathje, hanno identificato e isolato il messaggero dell’RNA umano che codifica CPG2. Essi hanno evidenziato che quando il CPG2 veniva messo fuori uso nei ratti, la sua funzione poteva essere restaurata dalla versione della proteina presente negli umani. Ciò suggerisce che entrambe le versioni hanno la stessa funzione cellulare.

Rathje, postdoc presso il laboratorio di Nedivi al Picower Institute, sta studiando le mutazioni nella versione CPG2 presente negli umani che sono state collegate al disturbo bipolare, testando gli effetti delle stesse sulle funzioni sinaptiche nei ratti, nella speranza di rivelare come queste mutazioni possono disturbare le sinapsi e influenzare lo sviluppo del disturbo.

Nedivi sospetta che CPG2 sia uno degli agenti in una costellazione di geni che influenzano la suscettibilità al disturbo bipolare.

“La mia ipotesi è che nella popolazione generale ci sia una gamma di funzioni di CPG2, in termini di efficacia,” spiega Nedivi “all’ interno di questa gamma, a seconda della situazione del resto della costellazione di geni e della situazione ambientale, si possono determinare le condizioni per cui si arriva ad uno stato di malattia”.

Fonte articolo : Anne Trafton – MIT

Crediti immagini : The image is credited to Mark Steele

Ricerca originale : Sven Loebrich, Marc Robert Benoit, Jaclyn Aleksandra Konopka, Jeffrey Richard Cottrell, Joanne Gibson, and Elly Nedivi, Published online January 14 2016 doi:10.1016/j.cub.2015.11.071, Abstract for CPG2 Recruits Endophilin B2 to the Cytoskeleton for Activity-DependentEndocytosis of Synaptic Glutamate Receptors, in Current Biology.


Postfazione, di Alessandro Bertirotti – www.bertirotti.info

Il contributo scientifico fondamentale che l’Antropologia della mente cerca di apportare alla conoscenza umana si basa sull’ipotesi, sempre tenuta sotto controllo, secondo l’epistemologia popperiana, che il funzionamento del nostro cervello rivela molti dei segreti del funzionamento dell’Uomo inserito nella società.

L’idea che il nostro cervello organizzi le proprie funzioni grazie al lavoro di popolazioni di neuroni rivela, in effetti, anche nel termine popolazioni, la scoperta che l’antica idea di aree cerebrali specializzate nello svolgimento di alcuni compiti non è assoluta, ossia dogmatica. Le popolazioni di neuroni non sono fisicamente localizzate all’intero di queste aree, ma possono appartenere a più territori cerebrali, coinvolgendo aree lontane, oppure contigue.

Il fatto dunque che le neuroscienze utilizzino spesso termini, presi in prestito dalle scienze sociali ed umane, induce l’Antropologia della mente a ritenere che vi siano, oggettivamente parlando, molte più analogie di quello che si pensa fra i comportamenti neuronali e quelli umani e sociali in particolare.

Ecco, in questo articolo, appare dunque plausibile azzardare queste analogie, nei termini che Francesco Burlando, l’autore della Prefazione e traduttore di questo articolo, espone nel suo scritto.

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