Gli scienziati del Salk Institute hanno scoperto che i mitocondri nelle sinapsi disfunzionali non soddisfano le esigenze di energia, fornendo troppo o troppo poco potenza e potenzialmente causando una compromissione cognitiva legata all'età.
Di norma, le diverse parti del complesso sinaptico crescono e si riducono insieme, ma questo processo può guastarsi nell'invecchiamento, contribuendo al declino cognitivo.
Il cervello è come un puzzle, che richiede molti pezzi nidificati e interdipendenti per funzionare bene. Il cervello è diviso in aree, ognuna contenente molti milioni di neuroni collegati su migliaia di sinapsi. Queste sinapsi, che consentono la comunicazione tra i neuroni, dipendono da strutture ancora più piccole: bouton (bottoni) che inviano i messaggi (bulbi rigonfi agli estremi delle ramificazioni dei neuroni), dendriti che ricevono i messaggi (strutture complementari a forma di ramo che ricevono i messaggi dai bouton) e mitocondri generatori di energia.
Per creare un cervello coeso, devono essere dispiegati tutti questi pezzi. Tuttavia, nel cervello che invecchia, questi pezzi possono perdersi o modificarsi e non adattarsi più al più grande puzzle del cervello.
"Il 50% delle persone, invecchiando, sperimenta una perdita di memoria di lavoro, il che significa che la loro capacità di trattenere e manipolare le informazioni a breve termine declina", afferma la prima coautrice Courtney Glavis-Bloom, ricercatrice senior nel laboratorio del prof. John Reynolds al Salk Institute. “Abbiamo deciso di capire perché alcuni individui mantengono una memoria di lavoro sana mentre invecchiano, mentre altri no. Nel processo, abbiamo scoperto un nuovo meccanismo delle basi sinaptiche della compromissione cognitiva".
Studi precedenti avevano scoperto che invecchiando il cervello perde le sinapsi e i ricercatori hanno visto anche questo schema nel loro modello animale. Ma quando hanno esaminato le sinapsi che sono rimaste, hanno trovato prove di una rottura di coordinamento tra le dimensioni dei bouton e i mitocondri che contenevano.
Un principio neuroscientifico fondamentale, il 'principio delle dimensioni ultrastrutturali', spiega che ogni volta che una parte del complesso sinaptico cambia di dimensioni, così deve avvenire anche per tutte le altre parti. La sinapsi, i mitocondri, i bouton: tutte queste parti devono ridimensionarsi in modo coerente tra loro. Prima di questo studio del Salk, pubblicato in Frontiers in Neuroscience il 12 aprile 2023, nessuno si era chiesto se questo principio potesse essere violato dall'età o dalla malattia.
"Per esaminare questo, ci siamo rivolti alla microscopia elettronica", afferma il primo coautore Casey Vanderlip, ex assistente di ricerca nel laboratorio di Reynolds. “Questo ci ha permesso di visualizzare questi componenti su molte sinapsi. Abbiamo scoperto che la perdita sinaptica avviene nell'invecchiamento sia sano che compromesso, ma ciò che differiva era la rottura nella correlazione tra le dimensioni dei bouton e i relativi mitocondri".
"È un effetto a catena, con strutture sinaptiche insondabilmente piccole che alterano le reti di neuroni, la funzionalità cerebrale e il comportamento", afferma la Glavis-Bloom. "Studiare queste disfunzioni microscopiche è un territorio inesplorato che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell'invecchiamento e il suo impatto sulla cognizione".
Il team ha scoperto che l'adesione al 'principio di dimensioni ultrastrutturali' era essenziale per evitare la compromissione della memoria di lavoro con l'età. Vedendo la violazione del 'principio di dimensioni ultrastrutturali' e i fallimenti legati ai mitocondri come cruciali per il deterioramento cognitivo legato all'età, lo studio inaugura una nuova era per la ricerca sull'invecchiamento.
"Le immagini dalle sinapsi che abbiamo catturato sono istantanee di un processo dinamico", afferma Reynolds, titolare della cattedra di neuroscienze. “Con queste istantanee in mano, possiamo iniziare a pensare prima ai meccanismi che coordinano l'espansione e la contrazione delle varie parti del complesso sinaptico, quindi chiederci come l'interruzione di questi meccanismi spiega il declino cognitivo correlato all'età. Questo apre un modo completamente nuovo di pensare al declino cognitivo che potrebbe portare a nuovi obiettivi per future terapie".
Fonte: Salk Institute (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: C Glavis-Bloom, ...[+6], JH Reynolds. Violation of the ultrastructural size principle in the dorsolateral prefrontal cortex underlies working memory impairment in the aged common marmoset (Callithrix jacchus). Front. Aging Neurosci., 12 Apr 2023, DOI
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