Cervello-Immagine Credit Public Domain.
In una nuova svolta per capire di più sul cervello dei mammiferi, i ricercatori dell’Università di Copenaghen hanno fatto una scoperta incredibile. Vale a dire, un enzima vitale, V-ATPase, che abilita i segnali cerebrali si accende e si spegne in modo casuale, anche prendendo “pause dal lavoro” di ore.
Questi risultati possono avere un impatto importante sulla nostra comprensione del cervello e sullo sviluppo di prodotti farmaceutici.
Oggi la scoperta è sulla copertina di Nature.
Milioni di neuroni si scambiano costantemente messaggi per modellare pensieri e ricordi e permetterci di muovere i nostri corpi a piacimento. Quando due neuroni si incontrano per scambiarsi un messaggio, i neurotrasmettitori vengono trasportati da un neurone all’altro con l’aiuto di un unico enzima.
Questo processo è cruciale per la comunicazione neuronale e la sopravvivenza di tutti gli organismi complessi. Fino ad ora, i ricercatori di tutto il mondo pensavano che questi enzimi fossero sempre attivi per trasmettere continuamente segnali essenziali. Ma questo è tutt’altro che vero.
Utilizzando un metodo innovativo, i ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’Università di Copenaghen hanno studiato da vicino l’enzima e hanno scoperto che la sua attività si accende e si spegne a intervalli casuali, il che contraddice la nostra precedente comprensione.
“Questa è la prima volta che qualcuno studia questi enzimi cerebrali dei mammiferi, una molecola alla volta e siamo sbalorditi dal risultato. Contrariamente alla credenza popolare e a differenza di molte altre proteine, questi enzimi potrebbero smettere di funzionare per minuti o ore. Tuttavia, il cervello degli esseri umani e di altri mammiferi è miracolosamente in grado di funzionare”, afferma il Professor Dimitrios Stamou, che ha guidato lo studio presso il Centro per i sistemi cellulari del Dipartimento di Chimica dell’Università di Copenaghen.
Fino ad ora, tali studi sono stati condotti con enzimi batterici molto stabili. Usando il nuovo metodo, i ricercatori hanno studiato per la prima volta gli enzimi dei mammiferi isolati dal cervello dei ratti.
La commutazione enzimatica può avere implicazioni di vasta portata per la comunicazione neuronale
I neuroni comunicano tramite neurotrasmettitori. Per trasferire messaggi tra due neuroni, i neurotrasmettitori vengono prima pompati in piccole vesciche a membrana (chiamate vescicole sinaptiche). Le vesciche fungono da contenitori che immagazzinano i neurotrasmettitori e li rilasciano tra i due neuroni solo quando è il momento di consegnare un messaggio.
L’enzima centrale di questo studio, noto come V-ATPase, è responsabile della fornitura di energia per le pompe dei neurotrasmettitori in questi contenitori. Senza di esso, i neurotrasmettitori non verrebbero pompati nei contenitori ei contenitori non sarebbero in grado di trasmettere messaggi tra i neuroni.
Ma lo studio dimostra che in ogni contenitore c’è un solo enzima; quando questo enzima si spegne, non ci sarebbe più energia per guidare il caricamento dei neurotrasmettitori nei contenitori. Questa è una scoperta completamente nuova e inaspettata.
“È quasi incomprensibile che il processo estremamente critico di caricamento dei neurotrasmettitori nei contenitori sia delegato a una sola molecola per contenitore. Soprattutto quando scopriamo che il 40% delle volte queste molecole sono spente“, afferma il Professor Dimitrios Stamou.
Questi risultati sollevano molte domande intriganti:
“L’interruzione della fonte di energia dei contenitori significa che molti di essi sono davvero privi di neurotrasmettitori? Una grande frazione di contenitori vuoti avrebbe un impatto significativo sulla comunicazione tra i neuroni? In tal caso, sarebbe un “problema” che i neuroni si sono evoluti per aggirare, o potrebbe essere un modo completamente nuovo per codificare informazioni importanti nel cervello? Solo il tempo lo dirà“, dice il ricercatore.
Un metodo rivoluzionario per lo screening dei farmaci per la V-ATPasi
L’enzima V-ATPasi è un importante bersaglio farmacologico perché svolge un ruolo critico nel cancro, nelle metastasi del cancro e in molte altre malattie potenzialmente letali. Pertanto, la V-ATPasi è un obiettivo redditizio per lo sviluppo di farmaci antitumorali.
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I test esistenti per lo screening dei farmaci per la V-ATPasi si basano sulla media simultanea del segnale proveniente da miliardi di enzimi. Conoscere l’effetto medio di un farmaco è sufficiente fintanto che un enzima lavora costantemente nel tempo o quando gli enzimi lavorano insieme in gran numero.
