Da più di un secolo, i neuroscienziati sanno che le cellule nervose comunicano attraverso i piccoli spazi tra di esse, un processo noto come la trasmissione sinaptica (sinapsi sono le connessioni tra i neuroni). Le informazioni vengono trasferite da una cellula all’altra dai neurotrasmettitori come il glutammato, dopamina e serotonina, che attivano i recettori sul neurone ricevente per trasmettere messaggi eccitatori o inibitori.
Ma al di là di questo schema di base, i dettagli di come questo aspetto cruciale della funzione del cervello si verifica, sono rimasti sfuggenti. Ora, la nuova ricerca condotta dagli scienziati della University of Maryland School of Medicine (UM SOM) ha per la prima volta chiarito i dettagli dell’architettura di questo processo.
La ricerca è stata pubblicata oggi, sulla rivista Nature .
Le sinapsi sono macchine molecolari molto complicate. Sono anche molto piccole: solo pochi milionesimi di un pollice di diametro. Devono essere incredibilmente piccole, dal momento che il cervello ne ha circa 100 trilioni e ognuna è individualmente e precisamente sintonizzata per trasmettere segnali forti o più deboli tra le cellule.
( Vedi anche: Come i prioni uccidono i neuroni).
Per visualizzare le funzioni di questa scala sub-microscopica, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia innovativa denominata imaging di singole molecole , che può individuare e monitorare il movimento delle singole molecole proteiche entro i limiti di una sola sinapsi, anche nelle cellule viventi. Usando questo approccio, gli scienziati hanno identificato un pattern inaspettato e preciso nel processo di neurotrasmissione. I ricercatori hanno esaminato le sinapsi di ratto, coltivate in laboratorio, che in termini di struttura generale sono molto simili alle sinapsi umane.
” Abbiamo visto cose mai viste prima. Questa è un’ area di indagine completamente nuova”, ha detto Thomas Blanpied, PhD, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisiologia e leader del gruppo di ricerca che ha eseguito il lavoro. ” Per molti anni abbiamo avuto un elenco di molti tipi di molecole che si trovano a livello delle sinapsi, ma era molto lontano dalla nostra comprensione come queste molecole si incastrano o come il processo funziona davvero strutturalmente. Ora, utilizzando l’imaging di singole molecole siamo finalmente in grado di rivelare la struttura architettonica di base della sinapsi”.
Nell’articolo, Blanpied descrive un aspetto inatteso di questa architettura che può spiegare perché le sinapsi sono così efficienti, ma anche suscettibili di interruzioni durante la malattia: ad ogni sinapsi, proteine chiave sono organizzate in modo molto preciso in tutto il panorama variegato di cellule. ” I neuroni svolgono un lavoro migliore di quanto abbiamo mai immaginato per posizionare il rilascio di molecole di neurotrasmettitore vicino ai loro recettori”, dice Blanpied. “Le proteine, in due neuroni differenti, sono allineate con grande precisione, quasi a formare una colonna che si estende tra le due cellule. Questa prossimità ottimizza la potenza di trasmissione e suggerisce anche nuovi modi in cui tale trasmissione può essere modificata”.
Il laboratorio di Blanpied ha creato una rappresentazione video del processo:
La comprensione di questa architettura aiuterà a chiarire come funziona la comunicazione all’interno del cervello o, nel caso di malattie psichiatriche o neurologiche, perchè non riesce a funzionare. Blanpied si è impegnato a spiegare anche l’attività di “molecole di adesione”, che si estendono da una cellula all’altra e possono essere importanti pezzi della “nano-colonna.” Egli sospetta che se le molecole di adesione non sono posizionate correttamente nelle sinapsi, l’ architettura delle sinapsi verrà interrotta e i neurotrasmettitori non saranno in grado di svolgere il proprio lavoro. Blanpied ipotizza che in almeno alcuni disturbi, il problema può essere che anche se il cervello ha la giusta quantità di neurotrasmettitore, le sinapsi non trasmettono efficientemente queste molecole.
Blanpied sostiene che questo miglioramento della comprensione dell’ architettura sinaptica potrebbe portare ad una migliore comprensione delle malattie cerebrali come la depressione, la schizofrenia e il morbo di Alzheimer e forse suggerire nuove idee per i trattamenti.
Blanpied ed i suoi colleghi sono prossimi a indagare i cambiamenti nell’ architettura delle sinapsi in alcuni disturbi: essi inizieranno la ricerca analizzando una sinapsi di un modello murino di schizofrenia.
Fonte: Nature
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