Immagine: lo studio NIH nei ratti mostra che le cellule cerebrali a forma di stella, chiamate astrociti (rossi), possono svolgere un ruolo attivo nella respirazione. Credito: Jeffrey C. Smith lab, NIH / NINDS.
Tradizionalmente, gli scienziati pensavano che le cellule cerebrali a forma di stella chiamate astrociti fossero sostenitori stabili e silenziosi dei loro vicini loquaci, chiamati neuroni.
Ora, uno studio dei National Institutes of Health (NIH) ha dimostrato che il silenziamento degli astrociti nel centro del respiro del cervello ha indotto i ratti a respirare a un ritmo più basso e stancarsi su un tapis roulant prima del normale. Questi sono solo due esempi di cambiamenti nella respirazione causati dalla manipolazione del modo in cui gli astrociti comunicano con le cellule vicine.
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“Per decenni abbiamo pensato che la respirazione fosse controllata esclusivamente dai neuroni nel cervello. I nostri risultati suggeriscono che gli astrociti aiutano attivamente a controllare il ritmo della respirazione“, ha detto Jeffrey C. Smith, ricercatore senior presso l’Istituto Nazionale Neurologico NIH Disorders and Stroke (NINDS) e autore senior dello studio pubblicato su Nature Communications. “Questi risultati si aggiungono al crescente corpo di prove che stanno cambiando il modo in cui pensiamo agli astrociti e a come funziona il cervello”, ha aggiunto il ricercatore.
Il laboratorio del Dr. Smith indaga su come la respirazione sia controllata dai neuroni nel complesso preBötzinger, il centro del respiro nel cervello che il suo laboratorio ha aiutato a scoprire. Per questo studio, il suo team ha lavorato con Alexander Gourine, Professore presso l’University College London (UCL), il cui laboratorio ha scoperto che gli astrociti nelle parti limitrofe del cervello possono regolare la respirazione rilevando i cambiamenti nei livelli di anidride carbonica.
Almeno metà del cervello è costituito da cellule chiamate glia e la maggior parte di esse sono astrociti. Recentemente gli scienziati hanno dimostrato che gli astrociti possono comunicare come i neuroni sparando, o rilasciando, messaggi chimici, chiamati trasmettitori, alle cellule vicine.
In questo studio, gli scienziati hanno testato il ruolo degli astrociti nella respirazione modificando geneticamente la capacità degli astrociti nel complesso preBötzinger di rilasciare i trasmettitori. Quando hanno messo a tacere gli astrociti nei ratti riducendo il rilascio del trasmettitore, i ratti hanno respirato e sospirato ad un tasso inferiore al normale. Al contrario, aumentando la capacità degli astrociti di rilasciare messaggi chimici, i ratti respiravano a tassi più alti e sospiravano più spesso.
Il team ha anche testato come il silenziamento degli astrociti abbia influenzato le risposte dei ratti ai cambiamenti nei livelli di ossigeno e di anidride carbonica. Sebbene la frequenza respiratoria dei ratti aumentasse quando i livelli di ossigeno erano più bassi o i livelli di anidride carbonica più alti, era ancora inferiore al normale. Silenziare gli astrociti ha anche diminuito la velocità con cui i ratti sospiravano sotto livelli di ossigeno più bassi. Inoltre, i ratti si sono stancati molto prima del normale: potevano percorrere solo la metà della distanza che i normali ratti percorrevano su un tapis roulant prima di stancarsi.
“L’obiettivo principale della respirazione è lo scambio di anidride carbonica e ossigeno che è fondamentale per la vita. I nostri risultati supportano l’idea che gli astrociti aiutano il cervello a tradurre i cambiamenti di questi gas nella respirazione“, ha spiegato Shahriar Sheikhbahaei, in precedenza dottorando presso la UCL e autore principale dello studio.
Infine, il team ha dimostrato che questi astrociti utilizzavano l’adenosina trifosfato (ATP) per comunicare con altre cellule del cervello. L’ATP rilasciato inattivante ha ridotto la frequenza respiratoria a riposo e la frequenza dei sospiri a livelli normali e bassi di ossigeno .
“I nostri risultati ampliano la nostra comprensione di come il cervello controlla la respirazione in condizioni normali e patologiche”, ha affermato il dott. Smith. “Abbiamo in programma di seguire questa strada per capire come gli astrociti aiutano a controllare altri aspetti della respirazione “.
Fonte: Nature
