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Esperienze e opinioni

I ricordi di lungo periodo sono mantenuti da proteine di tipo prionico

I ricordi di lungo periodo sono mantenuti da proteine di tipo prionicoI ricordi sono conservati a lungo termine con l'aiuto delle proteine prioniche CPEB. Prioni CPEB si aggregano e mantengono le sinapsi che hanno registrato il ricordo [le 'spine' nell'immagine inferiore]. Quando i prioni CPEB non sono presenti o sono disattivati, le sinapsi crollano e la memoria si dissolve [immagine sopra]. Fonte: laboratorio di David Sulzer PhD, Columbia University Medical Center.Una ricerca del laboratorio del premio Nobel Eric Kandel alla Columbia University ha trovato ulteriori prove di un sistema nel cervello che conserva con costanza i ricordi per lunghi periodi di tempo.


E, paradossalmente, usa gli stessi meccanismi che causano la malattia della mucca pazza, la kuru, e altre malattie degenerative del cervello.


In quattro articoli pubblicati su Neuron e Cell Reports, il laboratorio del Dr. Kandel dimostra che delle proteine simili ai prioni (quelli che stanno dietro la malattia della mucca pazza nei bovini e la malattia di Creutzfeld-Jakob nell'uomo) sono fondamentali per il mantenimento della memoria a lungo termine nei topi, e probabilmente in altri mammiferi. Gli autori principali delle quattro ricerche sono Luana Fioriti, Joseph Stephan, Luca Colnaghi e Bettina Drisaldi.


Quando sono creati dei ricordi a lungo termine nel cervello, vengono stabilite delle nuove connessioni tra i neuroni, per immagazzinare la memoria. Ma quei collegamenti fisici devono essere mantenuti perchè la memoria persista, altrimenti si disintegrano e la memoria scompare in pochi giorni. Molti ricercatori hanno cercato le molecole che mantengono la memoria a lungo termine, ma la loro identità era finora rimasta ignota.


Queste molecole della memoria sono la versione normale delle proteine ​​prioniche, secondo la ricerca condotta dal premio Nobel Eric Kandel MD, professore universitario e di Scienze del Cervello, condirettore del Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute della Columbia, direttore del Kavli Institute for Brain Science, e ricercatore senior dello Howard Hughes Medical Institute alla Columbia.


I prioni (nome derivato da particelle di proteine ​​infettive) sono una classe unica di proteine. A differenza di altre proteine, non solo sono in grado di auto-propagarsi, ma anche di indurre altre proteine ​​ad assumere la loro forma alternativa. Quando i prioni si formano in una cellula, in particolare in un neurone, provocano danni raggruppandosi in aggregati appiccicosi che interrompono i processi cellulari.


Gli aggregati da prioni sono altamente stabili e si accumulano nei tessuti infetti, causando danni ai tessuti e la morte cellulare. La cellula morente rilascia le proteine prioniche, che vengono poi prese da altre cellule - e sono quindi considerate infettive. Queste proteine anomale sono note per essere la causa della malattia della mucca pazza (encefalopatia spongiforme bovina). Inoltre sono stati collegati a varie malattie neurodegenerative, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson e la corea di Huntington.


Al contrario, le proteine prioniche funzionali possono avere un ruolo fisiologico nella cellula e non contribuiscono alle malattie.


Kausik Si e il Dr. Kandel hanno inizialmente identificato i prioni funzionali nella lumaca gigante di mare (Aplysia) e hanno scoperto che essi contribuiscono al mantenimento della memoria. Più di recente, il laboratorio di Kandel ha cercato e trovato una proteina simile nei topi, chiamata CPEB3.


In uno dei molti esperimenti descritti nel lavoro di Luana Fioriti, i ricercatori hanno sfidato topi a navigare ripetutamente in un labirinto, inducendo negli animali un ricordo di lungo termine. Ma quando i ricercatori hanno eliminato il gene CPEB3 dall'animale, due settimane dopo che il ricordo era stato prodotto, la memoria è scomparsa.


I ricercatori hanno poi scoperto come funziona il CPEB3 all'interno dei neuroni per conservare la memoria a lungo termine. "Come i prioni che causano malattie, quelli funzionali sono di due tipi, una forma solubile e una che crea aggregati", ha detto Kandel. "Quando apprendiamo qualcosa e formiamo ricordi di lungo termine, si stabiliscono nuove connessioni sinaptiche, e i prioni solubili in quelle sinapsi sono convertiti in prioni aggregati. I prioni aggregati attivano la sintesi proteica necessaria per mantenere la memoria".


Fino a quando questi aggregati sono presenti, dice Kandel, i ricordi a lungo termine persistono. Gli aggregati di prioni si rinnovano da sè stessi reclutando continuamente negli aggregati i prioni solubili appena prodotti. "Questa operazione continua di manutenzione è cruciale", ha detto il dottor Kandel. "Ti permette, ad esempio, di ricordare il primo amore per il resto della tua vita".


Negli esseri umani esiste una proteina simile, il che suggerisce che lo stesso meccanismo è all'opera nel nostro cervello, ma sono necessarie ulteriori ricerche. "E' possibile che abbia lo stesso ruolo nella memoria, ma lo sapremo solo quando sarà stato esaminato", ha detto il dottor Kandel. "Ci sono probabilmente altri componenti regolatori coinvolti. La memoria a lungo termine è un processo complicato, quindi dubito che questo sia l'unico fattore determinante".

 

**********
Questo lavoro è stato finanziato dal Howard Hughes Medical Institute e dai National Institutes of Health.

 

 

 

 


Fonte: Columbia University (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:

  1. Luana Fioriti, Cory Myers, Yan-You Huang, Xiang Li, Joseph S. Stephan, Pierre Trifilieff, Luca Colnaghi, Stylianos Kosmidis, Bettina Drisaldi, Elias Pavlopoulos, Eric R. Kandel. The Persistence of Hippocampal-Based Memory Requires Protein Synthesis Mediated by the Prion-like Protein CPEB3. Neuron, 2015; 86 (6): 1433 DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.021
  2. Bettina Drisaldi, Luca Colnaghi, Luana Fioriti, Nishta Rao, Cory Myers, Anna M. Snyder, Daniel J. Metzger, Jenna Tarasoff, Edward Konstantinov, Paul E. Fraser, James L. Manley, Eric R. Kandel. SUMOylation Is an Inhibitory Constraint that Regulates the Prion-like Aggregation and Activity of CPEB3. Cell Reports, 2015; 11 (11): 1694 DOI: 10.1016/j.celrep.2015.04.061
  3. Joseph S. Stephan, Luana Fioriti, Nayan Lamba, Luca Colnaghi, Kevin Karl, Irina L. Derkatch, Eric R. Kandel. The CPEB3 Protein Is a Functional Prion that Interacts with the Actin Cytoskeleton. Cell Reports, 2015; 11 (11): 1772 DOI: 10.1016/j.celrep.2015.04.060
  4. Ferdinando Fiumara, Priyamvada Rajasethupathy, Igor Antonov, Stylianos Kosmidis, Wayne S. Sossin, Eric R. Kandel. MicroRNA-22 Gates Long-Term Heterosynaptic Plasticity in Aplysia through Presynaptic Regulation of CPEB and Downstream Targets. Cell Reports, 2015; 11 (12): 1866 DOI: 10.1016/j.celrep.2015.05.034

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