Neuroni, neurotrasmettitori più complessi del previsto

Una nuova fondamentale scoperta su come le cellule nervose nel cervello conservano e rilasciano microscopiche sacche di sostanze chimiche  potrebbe alterare radicalmente il modo in cui gli scienziati pensano i neurotrasmissione, la base per l’attività del nostro sistema nervoso, che coordina attraverso impulsi elettrici del cervello il modo in cui ci muoviamo, come ricordiamo o come percepiamo il mondo.

Secondo gli scienziati della University of California – San Francisco (UCSF), che hanno condotto la ricerca, la scoperta non cambia gli attori coinvolti, ma rivela che le regole del gioco sono molto diverse da ciò che precedentemente veniva assunto. Una migliore comprensione di queste regole potranno aiutare i ricercatori a trovare nuovi modi di affrontare le malattie neurologiche come il Parkinson, che possono sorgere in parte perché questi processi cerebrali iniziano ad alterarsi.

I giocatori in questione sono noti come vescicole – piccole sacche piene di neurotrasmettitori, le sostanze chimiche che i neuroni rilasciano per trasmettere un segnale al neurone successivo del circuito.

Gli scienziati sono a conoscenza di queste vescicole e dell’importante ruolo che svolgono nel funzionamento del cervello ormai da decenni, ma il mistero è rimasto, perché sembra che vi siano due sacche distinte di vescicole, ma finora non si aveva nessuna idea del perché ci fosse questa distinzione. Tutte le microscopiche vescicole in un neurone hanno lo stesso aspetto, anche ad un occhio esperto che le osserva attraverso un potente microscopio – allo stesso modo in cui un gruppo di giocatori che indossano lo stesso colore in un determinato campo di gioco sembrerebbero appartenere alla stessa squadra.

Sulla rivista Neuron questo mese il professore della UCSF Robert Edwards e i suoi colleghi presentano la prima prova che, nonostante il loro aspetto, le vescicole nelle due diverse aree hanno identità e destini distinti, definiti dalle particolari proteine ​​presenti sulla loro superficie.

“Sembrano identiche, ma contengono proteine ​​diverse”, ha detto Edwards.

Come il cervello trasmette informazioni

I neuroni che compongono la materia bianca del cervello e dei nervi che corrono lungo tutto il corpo, sono fondamentalmente solo cellule specializzate con estensioni molto lunghe – a volte un metro o più.

Giù per questi “spaghetti” chiamati fibre nervose viaggiano gli impulsi elettrici, che fanno sì che il neurone possa rilasciare alcune di queste piccole vescicole, versando il loro contenuto chimico nella sinapsi, un piccolo spazio che si trova tra la terminazione nervosa di un neurone e il successivo. Le sostanze chimiche poi penetrano nel neurone adiacente, a volte innescando a sua volta un impulso elettrico.

Questo funzionamento di base della neurotrasmissione avviene migliaia di miliardi di volte nei 10 miliardi di neuroni del cervello umano. Alcuni neuroni sono così attivi che “sparano” (sparare in gergo tecnico è il passaggio dell’impulso elettrochimico attraverso una sinapsi appena descritto) ben 100 volte al secondo, e richiedono meccanismi particolari per sostenere questi elevati tassi di attività.

Le vescicole svolgono un ruolo cruciale in questo processo perché consentono ai neuroni di sparare quando sono pronti. I neuroni utilizzano le vescicole per confezionare i prodotti chimici e li trasportano in anticipo in modo che possano essere rilasciati non appena arriva un impulso elettrico. Dal momento che i siti di rilascio sono lontani dal centro della cellula, le vescicole devono riciclare a livello locale queste vescicole per mantenere gli alti tassi di rilascio.

Per anni, gli scienziati hanno osservato che mentre tutte le vescicole appaiono identiche, in realtà esse si trovano in due sacche diverse. Quella più piccola, che si trova alla fine dell’estremità del neurone, tiene contiene le vescicole che rilasciano i neurotrasmettitori quando arriva un impulso elettrico. Dopo il rilascio, le vescicole vengono rapidamente riciclate per un successivo uso, e per questo motivo gli scienziati hanno chiamato questa riserva il pool di “riciclaggio”.

Il secondo pool di vescicole può essere molto più grande, rappresentando fino all’80 per cento di tutte le vescicole di una sinapsi. Sorprendentemente, queste vescicole non rispondono agli impulsi elettrici. Invece stanno lì dormienti quando il segnale arriva e, per questo, gli scienziati hanno definito questo servatoio il pool di “riposo”.

“Non è chiaro a cosa rispondono o quale sia la loro funzione”, ha detto Edwards.

Poiché le vescicole nei due pool sembrano essere identiche al microscopio, nessuno sapeva finora se ci fosse davvero qualche differenza tra di loro. In passato, molti scienziati hanno ipotizzato che la differenza era semplicemente una questione di posizione – quella più vicina si attiva semplicemente perché sta nel posto giusto al momento giusto, ossia vicino alla sinapsi.

Ma alcuni scienziati hanno avanzato l’ipotesi che sia il contrario – l’identità delle vescicole determinerebbe il loro comportamento e non viceversa – ossia che quelle di riciclaggio sono nel posto giusto perché sono quelle destinate ad essere rilasciate. È un po’ come chiedere se un calciatore fa il portiere perché gli capita di bloccare le palle vicino alla porta o perché è designato ad essere il portiere.

Il nuovo lavoro mostra, sostanzialmente, che portieri fermano (o meno) i palloni perché sono portieri.

Le proteine ​​determinano il destino delle vescicole

Nel loro studio, Edwards e colleghi mostrano che le vescicole nei due pool contengono proteine ​​differenti e che queste differenze determinano il modo in cui si comportano. Utilizzando una tecnica per l’etichettatura delle proteine ​​con molecole fluorescenti derivate ​​dalle meduse gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che una proteina chiamata VAMP7 è presente a livelli elevati nel pool di riposo piuttosto che il riciclo del pool, che contiene più di altre proteine ​​delle vescicole sinaptiche.

Ciò dimostra che il corpo produce e mantiene due diversi serbabatoi di vescicole contenenti proteine ​​diverse per scopi diversi: uno è comunicare il segnale, l’altro è ancora ignoto. Secondo Edwards, l’osservazione ha implicazioni di vasta portata per la nostra comprensione di come i neurotrasmettitori vengono impacchettati, trasportati e rilasciati dai neuroni.

“Quello che avviene non è un processo semplice e monolitico come pensavamo”, ha detto.

L’osservazione fornisce una nuova prospettiva sulle reali funzioni di base del cervello a livello microscopico, e potrebbe contribuire a svelare alcuni dei segreti delle malattie neurologiche, che presentano aspetti che possono essere correlati a come le vescicole vengono prodotte e rilasciate.

Secondo Edwards, le vescicole di riposo sono coinvolte in un non ben definito processo in cui i neuroni spontaneamente rilasciano vescicole. Questo li aiuterebbe ad adattarsi e a variare il peso di queste connessioni. Questo processo può avere un ruolo nelle malattie neurologiche, molte delle quali sono caratterizzate da cambiamenti nel tipo e nella forza delle sinapsi.