Memoria: svolta delle neuroscienze svela come apprendiamo e ricordiamo

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L’attività che si svolge all’interno dei dendriti che si diramano dai corpi cellulari dei neuroni è fondamentale per la formazione della memoria.

Meno di venti minuti dopo aver finito di leggere questo articolo, il tuo cervello inizierà a immagazzinare le informazioni che hai appena letto in un’esplosione coordinata di attività neuronale. Alla base di questo processo c’è un fenomeno noto come traduzione dendritica, che comporta un aumento della produzione localizzata di proteine ​​all’interno dei dendriti, i rami spinosi che sporgono dal corpo cellulare del neurone e ricevono segnali da altri neuroni nelle sinapsi. È un processo fondamentale per la memoria e la sua disfunzione è legata a disturbi intellettivi.

Una svolta nella comprensione della memoria

“Ciò rende il funzionamento interno della traduzione dendritica un “Santo Graa”l per comprendere la formazione della memoria”, afferma Robert B. Darnell della Rockefeller University, il cui team ha appena pubblicato uno studio su Nature Neuroscience che descrive una nuova piattaforma in grado di identificare i meccanismi regolatori specifici che guidano la traduzione dendritica. Il team ha sfruttato un metodo, denominato TurboID, per scoprire un’intera serie di fattori precedentemente sconosciuti nella formazione della memoria, rivelando ora i meccanismi che sono alla base del modo in cui la sintesi proteica nei dendriti contribuisce all’apprendimento e alla memoria. I risultati potrebbero anche avere implicazioni per le disabilità intellettive, come la sindrome dell’X fragile.

“Le limitazioni tecnologiche hanno impedito a lungo un inventario completo dell’attività della sinapsi coinvolta nella formazione della memoria”, afferma l’autore principale Ezgi Hacisuleyman, che ha condotto la ricerca come ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Darnell. Attualmente Ezgi Hacisuleyman è Professore Assistente presso l’Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology. “Le nostre nuove tecniche possono raggiungere questo obiettivo con una risoluzione estremamente elevata per osservare i neuroni in vitro che imitano da vicino ciò che vediamo nel cervello”.

“Il lavoro di Hacisuleyman definisce un percorso biochimico completamente nuovo che si adatta, integra ed espande notevolmente ciò che già sapevamo sulla memoria e sull’apprendimento“, aggiunge Darnell, Professore di Robert e Harriet Heilbrunn.

Un modo unico per metabolizzare l’RNA

La formazione della memoria ruota intorno all’ippocampo, una regione del cervello così centrale per l’apprendimento che, quando i chirurghi la rimossero da persone con epilessia negli anni ’40, i pazienti ricordavano la loro infanzia, ma perdevano la capacità di formare nuovi ricordi. Da allora è diventato chiaro che i ricordi si formano, in parte, a causa della nuova sintesi proteica effettuata localmente nei dendriti dell’ippocampo.

Darnell, un medico-scienziato, ha osservato in prima persona l’importanza della traduzione dendritica mentre lavorava con pazienti il ​​cui sistema immunitario aveva attaccato l’ippocampo. “Parlavo con un paziente per 30 minuti, lasciavo la stanza, rientravo ed era come se non mi avessero mai visto prima”, dice. “È stato allora che ho iniziato a concentrarmi sul motivo per cui i neuroni dell’ippocampo hanno un proprio sistema per regolare il metabolismo dell’RNA, un sistema che nessun’altra cellula del corpo utilizza“.

Si è scoperto che quel sistema è alla base del modo in cui il nostro cervello forma i ricordi e apprende nuove informazioni, ed è diventato un punto focale per il laboratorio Darnell, culminando nello sviluppo di CLIP da parte del suo team nel 2003, un metodo che ha permesso ai ricercatori di studiare le proteine ​​che lo compongono. legano e influenzano l’RNA. Ma le limitazioni rimanevano. “Mancavano ancora molti dettagli su come i neuroni rispondono agli stimoli a livello dei dendriti”, afferma Hacisuleyman. “Avevamo bisogno di quelle informazioni, perché svolgono un ruolo nel determinare il funzionamento dei neuroni e dove le cose spesso vanno storte nelle malattie neurologiche”.

Alla scoperta dei micropeptidi

Per avere un’idea migliore del ruolo che i cambiamenti nei dendriti svolgono nell’apprendimento, Hacisuleyman ha esteso la piattaforma TurboID affinché funzioni di concerto con il sequenziamento dell’RNA, il CLIP, la traduzione e l’analisi delle proteine. La piattaforma ha permesso al team di monitorare l’attività dei dendriti prima, durante e diversi minuti dopo l’attivazione del neurone, catturando i momenti critici per la sintesi proteica nella cellula e, cosa ancora più importante, la fase considerata fondamentale per la formazione della memoria.

L’analisi di questi momenti cruciali ha rivelato uno sconvolgimento microscopico nel dendrite. Dopo l’attivazione, i ribosomi locali saltano sugli mRNA, un’azione che ha tutte le caratteristiche biochimiche della formazione della memoria e che secondo i modelli previsti farà sì che il dendrite produca non solo nuove proteine, ma 1.000 piccole proteine ​​note come micropeptidi, con funzione ancora sconosciuta. Il team ha inoltre identificato una proteina legante l’RNA che aiuta a sigillare la connessione tra questi ribosomi e l’mRNA e ha dimostrato che se tale proteina viene disattivata, i micropeptidi proposti e le proteine ​​a valle associate non si formeranno.

“Non sapevamo che questi micropeptidi potessero esistere“, afferma Darnell. “Si apre un nuovo campo di studio, dove possiamo chiederci cosa potrebbero fare questi peptidi e come potrebbero giocare nella formazione della memoria. È una scoperta così vasta che ci sono dozzine se non centinaia di strade in cui perseguirla”.

Direzioni future e implicazioni

Tra le numerose osservazioni che i ricercatori elaboreranno negli studi futuri, ce n’è una che spicca: il team ha notato che una certa proteina si distingueva per il suo legame prolifico con l’mRNA nel dendrite. La proteina, chiamata FMRP, è fondamentale per lo sviluppo e il funzionamento del cervello e le mutazioni genetiche che hanno un impatto negativo sulla FMRP contribuiscono alla sindrome dell’X fragile, una delle cause genetiche più comuni di disabilità intellettiva. “I nostri risultati si adattano perfettamente alla biologia molecolare di FMRP e aprono anche la porta a futuri approfondimenti su ciò che non va in Fragile X”, afferma Darnell.

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Oltre ai risultati immediati dell’articolo, dendritic-TurboID potrebbe anche consentire ai ricercatori di esaminare la regolazione dell’RNA e la sintesi proteica in altre regioni del cervello e applicare i risultati a diverse malattie. “Ora possiamo iniziare a esaminare molti altri siti con un pettine a denti fini”, afferma Hacisuleyman.

“Quando sviluppi una nuova tecnica come ha fatto Hacisuleyman, entri in una stanza in cui nessuno è mai stato prima“, aggiunge Darnell. “La luce si accende e i risultati ti tolgono il fiato”.

Fonte:Nature Neuroscience