Una nuova ricerca della Oregon Health & Science University sulle sinapsi rivela per la prima volta la funzione di una giunzione poco compresa tra le cellule del cervello che potrebbe avere importanti implicazioni terapeutiche per condizioni che vanno dalla sclerosi multipla al morbo di Alzheimer, a un tipo di cancro al cervello noto come glioma.
I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Neuroscience
Studio della complessità delle sinapsi: ecco cosa dice la nuova ricerca
I neuroscienziati si sono concentrati sulla giunzione, o sinapsi, che collega i neuroni a una cellula non neuronale, nota come cellule precursori degli oligodendrociti o OPC. Gli OPC possono differenziarsi in oligodendrociti, che producono una guaina attorno ai nervi nota come mielina. La mielina è la guaina protettiva che copre l’assone di ciascuna cellula nervosa, la porzione filiforme di una cellula che trasmette segnali elettrici tra le cellule.
Lo studio ha scoperto che queste sinapsi svolgono un ruolo fondamentale nella produzione della mielina: “Questa è la prima indagine su queste sinapsi nel tessuto vivo”, ha affermato l’autore senior Kelly Monk, Ph.D., professore e co-direttore del Vollum Institute presso OHSU. “Ciò fornisce una comprensione delle proprietà basilari e fondamentali di come funzionano queste cellule durante lo sviluppo normale. In futuro, potremmo esaminare come funzionano in modo diverso nel contesto dei pazienti con SM”.
Il fatto che queste giunzioni esistano è stato oggetto di una scoperta fondamentale da parte dei ricercatori dell’OHSU del Vollum, pubblicata sulla rivista Nature nel maggio 2000. Fino a quel momento, si sapeva che le giunzioni nel cervello trasportavano neurotrasmettitori tra i neuroni, quindi la scoperta di una sinapsi tra neuroni e OPC è stata una rivelazione.
“Dopo due decenni, non sapevamo ancora cosa facessero queste sinapsi”, ha detto Monk. Gli scienziati hanno affrontato il problema utilizzando l’imaging di singole cellule del tessuto vivo del pesce zebra, i cui corpi trasparenti consentono ai ricercatori di vedere il funzionamento interno del loro sistema nervoso centrale in tempo reale.
Utilizzando nuovi e potenti strumenti di imaging, farmacologia ed editing genetico, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare le sinapsi neurone-OPC per prevedere i tempi e la posizione della formazione della mielina.
I risultati sono probabilmente la punta dell’iceberg in termini di comprensione dell’importanza di queste giunzioni, ha detto l’autore principale Jiaxing Li, Ph.D., un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Monk.
Le cellule precursori degli oligodendrociti comprendono circa il 5% di tutte le cellule del cervello, il che significa che le sinapsi che formano con i neuroni potrebbero essere rilevanti per molte condizioni patologiche, inclusa la formazione di tumori cancerosi.
Li ha osservato che studi precedenti hanno suggerito un ruolo degli OPC in una serie di condizioni neurodegenerative, inclusi disturbi demielinizzanti come la sclerosi multipla, malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e persino disturbi psichiatrici come la schizofrenia.
Dimostrando la funzione di base della sinapsi tra neuroni e OPC, Li ha affermato che lo studio potrebbe portare a nuovi metodi di regolazione della funzione OPC per alterare la progressione della malattia.
Ad esempio, queste sinapsi potrebbero essere la chiave per promuovere la rimielinizzazione in condizioni come la SM, in cui la mielina è stata degradata. Nella SM, questa degradazione può rallentare o bloccare i segnali elettrici necessari affinché le persone possano vedere, muovere i muscoli, provare sensazioni e pensare.
“Potrebbe esserci un modo per intervenire in modo da poter aumentare la guaina mielinica”.Monk ha affermato che la scoperta potrebbe essere immediatamente rilevante per il cancro.
“Nel glioma, queste sinapsi vengono dirottate per guidare la progressione del tumore”, ha detto. “Potrebbe essere possibile modulare l’input sinaptico coinvolto nella formazione del tumore, pur consentendo la normale segnalazione sinaptica.”
Anche se queste cellule precursori costituiscono circa il 5% di tutte le cellule cerebrali umane, solo una frazione va a formare oligodendrociti.
“Sta diventando abbastanza chiaro che questi OPC hanno altre funzioni oltre alla formazione degli oligodendrociti”, ha detto Monk. “Da una prospettiva evolutiva , non ha senso avere così tante di queste cellule precursori nel cervello se non stanno facendo qualcosa.”
La loro connessione sinaptica ai neuroni svolge quindi probabilmente un ruolo fondamentale nel cervello e merita di essere esplorata in futuro, ha affermato.
Un’ulteriore ricerca sta rimodellando la nostra comprensione degli elementi costitutivi fondamentali del cervello, le proteine presenti nelle sinapsi. Intitolata “Il panorama proteomico della diversità sinaptica attraverso le regioni del cervello e i tipi di cellule”, la ricerca approfondisce l’intricato mondo delle sinapsi, le connessioni vitali tra i neuroni.
Le sinapsi sono le connessioni tra i neuroni che consentono loro di comunicare tra loro. In tutte le cellule, compresi i neuroni, le molecole proteiche sono i principali attori che svolgono il lavoro cellulare. Le sinapsi sono costituite da migliaia di proteine, ognuna delle quali svolge un ruolo unico nella funzione cerebrale .
Le giunzioni cerebrali hanno diverse funzioni – dall’attività simile a un pace-maker per guidare i ritmi cerebrali alle proprietà pulsatili – e rilasciano diverse sostanze chimiche, “neurotrasmettitori” e modulatori. Tutte le proteine espresse in una cellula o nel suo compartimento vengono chiamate “proteoma”.
Nello studio, i ricercatori hanno risposto a una domanda fondamentale: quali sono i proteomi specifici che definiscono i diversi tipi di giunzioni cerebrali?
Gli scienziati sanno da tempo che esistono diversi tipi di sinapsi, ma le specifiche combinazioni proteiche responsabili della loro diversità sono rimaste un mistero. Comprendere le diverse combinazioni proteiche che guidano la funzione delle diverse giunzioni è fondamentale per decifrare la funzione cerebrale e anche cosa va storto durante la malattia.
Per rispondere alla domanda su quali specifici proteomi definiscono diversi tipi di sinapsi, il team di Schuman ha prima isolato le sinapsi di diversi tipi di neuroni in diverse aree del cervello. Hanno utilizzato topi geneticamente modificati in cui le sinapsi di interesse erano etichettate in modo fluorescente, consentendone l’isolamento e la purificazione.
Utilizzando la spettrometria di massa quantitativa, un metodo che consente di identificare e quantificare i livelli delle singole proteine, van Oostrum et al. hanno analizzato 18 diversi tipi di giunzioni in cinque diverse regioni del cervello.
La ricerca ha scoperto moduli proteici sinaptici comuni che esistono nella maggior parte delle giunzioni, ma ha anche scoperto specifici “punti caldi proteomici” che guidano la funzione specializzata delle sinapsi. Ad esempio, in una classe di giunzioni che rilasciano il neurotrasmettitore dopamina, si è verificata una deplezione specifica di una molecola che aiuta le cellule ad affrontare lo stress ossidativo. Schuman afferma: “Siamo incuriositi da questa scoperta, data la vulnerabilità delle giunzioni dopaminergiche allo stress ossidativo e la loro perdita durante la malattia di Parkinson”.
Questi risultati non solo forniscono preziose informazioni sui principi fondamentali della funzione cerebrale , ma aprono anche nuove strade per la ricerca e potenziali terapie umane. Studi successivi potrebbero esplorare interventi terapeutici mirati, che potrebbero portare a trattamenti per disturbi neurologici radicati nella disfunzione sinaptica.