Immagine, Fabio Demontis, Ph.D., del Dipartimento di Neurobiologia dello sviluppo di St. Jude sta studiando come il muscolo scheletrico comunica i bisogni energetici al cervello. Credito: St. Jude Children’s Research Hospital.
Il cervello determina quando è il momento di nutrirsi, ma come fa a saperlo?
I risultati del St. Jude Children’s Research Hospital forniscono una nuova comprensione di come il cervello orchestra questo processo. Il muscolo scheletrico, come altri tessuti, comunica con il cervello per trasmettere informazioni sullo stato nutrizionale. I ricercatori hanno dimostrato che la manipolazione di questo meccanismo influenza la ricerca e l’alimentazione di cibo nelle mosche della frutta.
Questa ricerca è stata pubblicata online oggi su Genes & Development.
I tessuti come tessuto adiposo, intestino e fegato, segnalano al cervello attraverso ormoni che regolano il comportamento alimentare. Il muscolo scheletrico costituisce il 40% del corpo umano e ha elevate esigenze energetiche e nutritive. Tuttavia, fino ad ora gli scienziati non hanno apprezzato il modo in cui il muscolo scheletrico può comunicare con il cervello attraverso fattori di segnalazione chiamati myokines che sono una delle diverse centinaia di citochine o altre piccole proteine (~ 5–20 kDa) e peptidi proteoglicani prodotti e rilasciati dalle cellule muscolari (miociti) in risposta alle contrazioni muscolari.
“Fino ad ora, il cervello è stato il bersaglio meno studiato dell’attività dei myokines”, ha detto l’autore corrispondente Fabio Demontis, Ph.D., del Dipartimento di Neurobiologia dello sviluppo di St. Jude. “Ci sono molti myokines che agiscono su altri tessuti, ma i loro ruoli nella segnalazione al cervello sono stati in gran parte inesplorati”.
La chiave molecolare della comunicazione muscolo-cervello
Per capire meglio come il muscolo scheletrico comunica con il cervello per quanto riguarda il comportamento alimentare, i ricercatori hanno esaminato i myokines Dpp nei moscerini della frutta. Dpp è l’equivalente nella mosca della frutta, dei fattori di segnalazione BMP2 e BMP4 nell’uomo.
In precedenza, gli scienziati pensavano che Dpp trasmettesse segnali solo a brevi distanze. Tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che Dpp marcato in modo fluorescente, percorre lunghe distanze dai muscoli dei moscerini della frutta al cervello. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che la riduzione dei livelli di Dpp promuoveva l’alimentazione e il foraggiamento nelle mosche della frutta. Al contrario, l’aumento dei livelli di Dpp ha ridotto l’alimentazione.
Un legame tra Dpp, dopamina e inizio dell’alimentazione
I ricercatori hanno anche scoperto che Dpp di origine muscolare regola i livelli di tirosina idrossilasi cerebrale, un enzima chiave per la sintesi del neurotrasmettitore dopamina. Tra una serie di altri ruoli, la dopamina è stata precedentemente collegata al comportamento alimentare.
I ricercatori hanno scoperto che la riduzione dei livelli di Dpp nei muscoli ha portato a livelli più alti di dopamina nel cervello e ad aumentare l’alimentazione. Al contrario, le mosche con livelli più alti di Dpp nei muscoli avevano livelli più bassi di dopamina cerebrale e avevano meno probabilità di cercare cibo. I ricercatori hanno anche scoperto che la modulazione della sintesi di dopamina nel cervello è la chiave per la regolazione dell’alimentazione mediante Dpp di origine muscolare.
“Dpp sta facendo più di quanto si pensasse. Oltre al comportamento alimentare, la segnalazione endocrina di Dpp potrebbe regolare una serie di altre funzioni tissutali e sistemiche, compresi i processi patologici che coinvolgono neuroni dopaminergici”, ha detto Demontis. “E poiché Dpp ha proteine comparabili nell’uomo, può essere rilevante per il comportamento alimentare e le malattie metaboliche negli organismi superiori”.
Fonte, Genes & Development (2019)
