Ricerche

Per trasmettere rapidamente i segnali elettrici nel cervello, le lunghe fibre nervose sono isolate da cellule specializzate chiamate oligodendrociti, che rispondono anche ai segnali elettrici delle fibre nervose attive e forniscono loro energia su richiesta. Se nei topi si disabilita questo processo, regolato dal potassio, le fibre nervose risultano danneggiate gravemente negli animali invecchiati, un difetto simile alle malattie neurodegenerative.

Sezione trasversale di fibre nervose del nervo ottico di topo: le linee scure dense mostrano lo strato isolante, la mielina. In bordò/marone l'area gonfia e ostruita di una fibra nervosa compromessa, a causa di oligodendrociti non funzionanti. (Fonte: Zoe Looser & Aiman Saab/Uzh)

La funzione cerebrale dipende dal movimento rapido dei segnali elettrici lungo gli assoni, le lunghe estensioni delle cellule nervose che collegano miliardi di cellule cerebrali. Le fibre nervose sono isolate da uno strato grasso (mielina), prodotto da cellule specializzate chiamate oligodendrociti. Queste cellule avvolgono e isolano le fibre nervose garantendo la trasmissione rapida ed efficiente di segnali essenziali per la funzione cerebrale.

Oligodendrociti rilevano e rispondono ai segnali elettrici

Ora, un team di neuroscienziati guidati da Aiman Saab presso l'Istituto di Farmacologia e Tossicologia dell'Università di Zurigo (UZH) ha scoperto una nuova funzione centrale di queste cellule che formano la mielina nel cervello di topo.

"Abbiamo scoperto che gli oligodendrociti non solo rilevano i segnali dalle fibre nervose attive, ma rispondono anche loro accelerando immediatamente il loro consumo di glucosio, una fonte primaria di energia", afferma Saab.

In questo modo, gli oligodendrociti forniscono molecole ricche di energia agli assoni che sparano rapidamente, per supportare le loro esigenze dinamiche di energia.

Il potassio è il segnale chiave che attiva gli oligodendrociti

Per capire come gli assoni elettricamente attivi comunicano con gli oligodendrociti circostanti, i ricercatori hanno studiato il nervo ottico dei topi, un percorso ideale per stimolare e monitorare l'attività elettrica degli assoni mielinizzati.

Per innescare lo sparo assonale e osservare come gli oligodendrociti rispondono a questa attività, hanno usato piccoli biosensori: proteine progettate per fungere da rilevatori microscopici di cambiamenti molecolari.

"Usando varie sostanze chimiche e inibitori, siamo riusciti a dimostrare che il potassio, rilasciato dagli assoni durante lo sparo, è il segnale chiave che attiva gli oligodendrociti", afferma Zoe Looser, prima autrice dello studio.

I canali di potassio mancanti causano danni alle fibre nervose

I ricercatori hanno anche identificato un canale di potassio specifico chiamato KIR4.1 come attore chiave nella comunicazione tra fibre nervose e oligodendrociti. Per studiare il suo ruolo, il team ha usato topi geneticamente modificati che mancavano di questi canali nei loro oligodendrociti.

In questi topi, gli assoni circondati da oligodendrociti senza questi canali di potassio hanno mostrato livelli ridotti di lattato, un sottoprodotto chiave del metabolismo del glucosio, e una risposta ridotta nell'impennata di lattato dopo l'attivazione.

"Questi cambiamenti si sono associati a un metabolismo ridotto del glucosio nelle fibre nervose e alla fine hanno portato a gravi danni degli assoni quando i topi sono invecchiati", aggiunge la Looser.

Come età e malattie influenzano la salute delle fibre nervose

I risultati sottolineano il ruolo essenziale degli oligodendrociti nella regolazione dei processi metabolici all'interno degli assoni, che sono fondamentali per sostenere connessioni cerebrali sane. Il glucosio non alimenta le fibre nervose, ma supporta anche meccanismi protettivi contro lo stress ossidativo.

Il prossimo passo è capire in che modo la regolazione del glucosio da parte degli oligodendrociti influisce su funzioni specifiche delle fibre nervose, con particolare attenzione alla loro salute durante l'invecchiamento e i disturbi neurologici.