Un nuovo modello teorico per capire come i neuroni controllano e auto-regolano le loro proprietà a fronte di un continuo turnover di componenti cellulari, è stato sviluppato da neuroscienziati.
I neuroni vivono per molti anni, ma le loro componenti, le proteine e molecole che compongono la cellula, vengono continuamente sostituiti. Come questa continua ricostruzione avvenga senza pregiudicare la nostra capacità di pensare, ricordare, imparare o comunque sperimentare il mondo è uno dei più grandi interrogativi della neuroscienza.
Ed è quello che ha a lungo incuriosito Eve Marder e Victor e Guendalina Beinfield, professori di Neuroscienze. Come riportato in Neuron il 21 maggio, il laboratorio di Marder ha costruito un nuovo modello teorico per capire come i neuroni controllano e auto-regolano le loro proprietà a fronte di un continuo turnover di componenti cellulari.
Canali ionici, i cancelli molecolari sulla superficie delle cellule, determinano le proprietà neuronali necessarie per regolare tutto, dalla dimensione e velocità di movimento degli arti a come le informazioni sensoriali vengono elaborate. Diverse combinazioni di tipi di canali ionici sono presenti in ogni tipo di neurone. I recettori sono i ‘microfoni’ molecolari che permettono ai neuroni di comunicare tra loro.
Recettori e canali ionici sono costantemente in ribaltamento, così le cellule hanno bisogno di regolare la velocità con cui essi vengono sostituiti in modo da evitare di interrompere il normale funzionamento del sistema nervoso. Gli scienziati hanno preso in considerazione l’idea di una ‘fabbrica’ o ‘default’ per l’ impostazione del numero di canali ionici e recettori in ogni neurone. Ma questa idea non sembra plausibile perché c’è tanto cambiamento nell’ambiente di un neurone nel corso della sua vita.
Di conseguenza, se non c’è impostazione di fabbrica, i neuroni hanno bisogno di un indicatore interno per monitorare l’attività elettrica e regolare l’espressione dei canali ionici, secondo il team. Poiché un singolo neurone è sempre parte di un circuito più grande, ha anche bisogno di mantenere l’omeostasi attraverso il sistema nervoso.
Il laboratorio Marder ha costruito un nuovo modello teorico di regolazione del canale ionico basato sul concetto di un sistema di controllo interno. Il team, composto dal borsista postdottorato Timothy O’Leary, tecnico di laboratorio Alex Williams, Alessio Franci, dell’Università di Liegi, in Belgio e Marder, ha scoperto che le cellule non hanno bisogno di misurare ogni dettaglio di attività per mantenere il funzionamento del sistema. In realtà, troppi dettagli possono far deragliare il processo.
Il team ha anche imparato che le cellule possono avere proprietà simili ma diverse espressioni dei tassi di canale ionici – come omofoni cellulari, che hanno suoni simili, ma sembrano molto diversi.
Il modello ha mostrato che il sistema di controllo interno progettato per controllare l’attività elettrica in fuga, può effettivamente portare a ipereccitabilità neuronale, alla base delle crisi epilettiche. Anche se setpoint sono mantenuti in singoli neuroni, l’ omeostasi complessiva del sistema può essere persa.
” Lo studio rappresenta un importante passo avanti nella comprensione della macchina più complessa mai costruita – il cervello umano. E può portare a strategie terapeutiche completamente diverse per il trattamento delle malattie”, dice O’Leary. ” Per capire e curare alcune malattie, abbiamo bisogno di capire a parte come i sistemi biologici controllano le loro proprietà interne quando sono in un normale stato di salute e questo modello potrebbe aiutare i ricercatori a farlo”.
Fonte Neuron, 2014; 82 (4): 809 DOI:10.1016/j.neuron.2014.04.002
