Ricerche

Dei ricercatori hanno scoperto che un canale ionico nei neuroni del cervello ha una sorta di 'memoria molecolare', che contribuisce alla formazione e alla conservazione permanente dei ricordi. E hanno identificato anche una parte specifica del canale ionico dove potrebbero essere puntati nuovi farmaci per alcune malattie genetiche.

Misurazione della risposta dei canali ionici ai segnali elettrici. Foto: Charlotte Perhammar / Linköping University

Uno dei superpoteri del cervello è la sua capacità di imparare dalle esperienze passate e di formare ricordi. Questi processi vitali dipendono dal rimodellamento delle connessioni tra i neuroni nel cervello. Le giunzioni nervose, chiamate sinapsi, sono rafforzate o indebolite per tutta la vita in modo tale che il cervello è, in un certo senso, costantemente rimodellato a livello cellulare. Questo fenomeno si chiama plasticità sinaptica.

Esistono diversi processi che contribuiscono alla plasticità sinaptica nel sistema nervoso. Uno di questi ha a che fare con un tipo di molecole chiamate 'canali ionici di calcio', che interessano da tempo i ricercatori dell'Università di Linköping (LiU) in Svezia.

"Voglio scoprire le vite segrete di queste molecole canale ionico di calcio, che hanno funzioni molto importanti nel corpo: aprendosi e chiudendosi, regolano, tra le altre cose, le segnalazioni da una cellula nervosa all'altra. Ma oltre a ciò, queste molecole hanno anche una specie di loro propria memoria,e possono ricordare i segnali nervosi precedenti", ha detto Antonios Patazis, professore associato del dipartimento di scienze biomediche e cliniche della LiU, che ha guidato lo studio pubblicato su Nature Communications.

Come può ricordare una molecola?

Il punto focale di questo studio era un tipo specifico di canale ionico, il CaV2.1, quello più comune nel cervello, che si trova nella sinapsi, alla fine del neurone. Quando un segnale elettrico passa attraverso il neurone, il canale ionico si apre, mettendo in moto un processo che porta al rilascio del neurotrasmettitore verso il neurone ricevente nella sinapsi. In questo modo, i canali CaV2.1 sono i portinai della comunicazione sinaptica e tra un neurone e l'altro.

L'attività elettrica prolungata riduce il numero di canali CaV2.1 che possono aprirsi, con il risultato di ridurre il rilascio di trasmettitori, quindi il neurone ricevente riceve un messaggio più debole. È come se i canali potessero 'ricordare' la segnalazione precedente e, nel fare ciò, non sono disponibili ad aprirsi sui segnali successivi. Il modo in cui questo funziona a livello molecolare era ignoto agli scienziati fino ad ora.

I ricercatori di Linköping hanno ora scoperto un meccanismo per cui il canale ionico può 'ricordare'. Il canale è una grande molecola costituita da diverse parti interconnesse, che possono muoversi l'una rispetto all'altra in risposta a segnali elettrici. Hanno scoperto che il canale ionico può assumere quasi 200 forme diverse a seconda della resistenza e della durata di un segnale elettrico; è una macchina molecolare molto complessa.

"Riteniamo che durante una segnalazione elettrica nervosa sostenuta, una parte importante della molecola si disconnette dal cancello del canale, come la frizione in un'auto interrompe la connessione tra il motore e le ruote. Il canale ionico non può più essere aperto. Quando centinaia di segnali arrivano su un periodo abbastanza lungo, possono convertire la maggior parte dei canali in questo 'stato di memoria disinserito' per diversi secondi", dice Antonios Pantazis.

Obiettivo per farmaci futuri

Se il canale ionico può 'ricordare' solo per pochi secondi, come contribuisce all'apprendimento permanente? Questo tipo di memoria collettiva nei canali ionici può accumularsi nel tempo e ridurre la comunicazione tra due neuroni. Ciò porta quindi a cambiamenti nel neurone ricevente, che durano ore o giorni. Alla fine, insorgono nel cervello cambiamenti molto a lungo termine, come l'eliminazione di sinapsi indebolite.

"In questo modo, una 'memoria' che dura alcuni secondi in una singola molecola può dare un piccolo contributo alla memoria di una persona che dura per tutta la vita", afferma Antonios Pantazis.

Una migliore conoscenza di come funzionano questi canali ionici di calcio può contribuire a lungo termine al trattamento di alcune malattie. Esistono molte varianti del gene che produce il canale CaV2.1, il CACNA1A, legate a malattie neurologiche rare ma gravi, che spesso corrono nelle famiglie. Per sviluppare farmaci contro queste, è utile sapere quale parte del grande canale ionico si desidera influenzare e in che modo la sua attività dovrebbe essere cambiata.

"Il nostro lavoro individua quale parte della proteina dovrebbe essere puntata quando si sviluppano nuovi farmaci", afferma Antonios Pantazis.