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Ricerche

Le cellule gliali alimentano le fibre nervose con prodotti del metabolismo ricchi di energia

GGNB NaveCirca 100 miliardi di neuroni nel cervello umano ci permettono di pensare, sentire e agire. Essi trasmettono gli impulsi elettrici in parti remote del cervello e del corpo attraverso lunghe fibre nervose note come assoni.

Questa comunicazione richiede enormi quantità di energia, che si ritiene i neuroni generano dallo zucchero. Gli assoni sono strettamente associati con le cellule gliali che, da un lato, li circondano con una guaina mielinica elettricamente isolante e, dall'altro sostengono la loro funzione a lungo termine.


Il Prof. Klaus-Armin Nave (foto in alto) e il suo gruppo di ricerca del Max Planck Institute di Medicina Sperimentale in Göttingen hanno ora scoperto un possibile meccanismo attraverso il quale queste cellule gliali del cervello sono in grado di supportare i loro assoni associati e tenerli in vita nel lungo termine. Gli oligodendrociti sono un gruppo di cellule gliali altamente specializzate nel sistema nervoso centrale. Essi sono responsabili della formazione della guaina mielinica ricca di grasso che circonda le fibre nervose, come uno strato isolante. Il confronto con il rivestimento dei cavi elettrici è ovvio, e tuttavia, la mielina può fare molto di più che agire come strato isolante sui cavi di energia elettrica: aumenta la velocità di trasmissione degli assoni e riduce anche il consumo continuo di energia. L'estrema importanza della mielina per un sistema nervoso funzionante è mostrato dalle malattie che derivano da uno strato isolante difettoso, come la sclerosi multipla.

 


Immagine al microscopio elettronico della sezione
delle fibre nervose (assoni) del nervo ottico. Gli
assoni sono circondati da speciali cellule gliali, gli
oligodendrociti, che si avvolgono attorno agli
assoni in diversi strati. Tra gli assoni, ci sono
estensioni di astrociti, un altro tipo di cellule gliali.
Credit: © K.-A.Nave/MPI f. Experimental Medicine

È interessante notare che la funzione degli oligodendrociti va ben oltre la mera fornitura di mielina. Klaus-Armin Nave e il suo team del Max Planck Institute di Göttingen sono già riusciti a dimostrare anni fa che le cellule gliali sane sono essenziali anche per la funzionalità e la sopravvivenza a lungo termine degli stessi assoni, a prescindere dalla mielinizzazione. "Il modo in cui gli oligodendrociti sostengono funzionalmente i loro assoni associati non era chiaro fino ad oggi", dice Nave.


In un nuovo studio, i ricercatori sono stati in grado di mostrare che le cellule gliali sono coinvolte, tra le altre cose, nel rifornimento di energia alle fibre nervose. "Potrebbero essere descritte come le stazioni di servizio sull'autostrada dei dati degli assoni", dice Nave, spiegando i risultati. Ma come funziona il rifornimento di energia? C'è un legame metabolico tra gli oligodendrociti e gli assoni? Per scoprirlo, Ursula Fünfschilling ha generato topi geneticamente modificati: la funzione dei mitocondri è stata deliberatamente interrotta negli oligodendrociti attraverso la disattivazione del gene COX10.


Questo influenza le fasi finali della scomposizione dello zucchero che si svolgono nei mitocondri, dove viene accumulata l'energia - un processo noto come catena respiratoria. Se viene a mancare un collegamento in questa catena (in questo caso il citocromo ossidasi, che funziona solo quando le cellule hanno l'enzima COX10), le cellule gliali perdono gradualmente la capacità di respirazione cellulare nei loro mitocondri. "Senza un respiro indipendente, le cellule gliali manipolate del sistema nervoso hanno dovuto morire", spiega lo scienziato ... a meno che non sia sufficiente per loro il basso livello di energia generata dalla scissione del glucosio per formare acido piruvato o latte, un processo noto come glicolisi. E questo è esattamente ciò che gli scienziati hanno osservato nel topi: la mielina degli animali è stata inizialmente formata in modo normale. La perdita della catena respiratoria mitocondriale, che è iniziata a questo punto, non è sembrata in grado di influenzare le cellule gliali del sistema nervoso centrale. Anche un anno più tardi, non ci sono stati cambiamenti neurodegenerativi nel cervello da osservare.


Gli scienziati ipotizzano che nelle prime settimane di vita, una fase caratterizzata dalla richiesta massima di energia - gli oligodendrociti mutati contano ancora su molti mitocondri intatti. Tutti gli oligodendrociti più maturi, in seguito sembrano ridurre la respirazione mitocondriale e impostano la generazione di energia attraverso l'aumento di glicolisi. Questo è un vantaggio per le cellule gliali sane che possono utilizzare i prodotti metabolici che si manifestano durante la rottura del glucosio come componenti per la sintesi della mielina. Inoltre, l'acido lattico che nasce nei oligodendrociti può essere somministrato agli assoni dove può essere utilizzato per produrre energia con l'aiuto dei mitocondri propri dell'assone.


"La perdita completa della catena respiratoria nei oligodendrociti deliberatamente modificati eleva probabilmente un passaggio evolutivo che si dispiega naturalmente", spiega Nave. In questo modo la perdita di mitocondri gliali non comporta il deterioramento della fornitura di energia agli assoni, ma, al contrario, un eccesso di acido lattico sfruttabile. Gli stessi percorsi nervosi interessati non hanno alcun problema dimostrabile nel metabolizzare l'acido lattico dai oligodendrociti. Le proteine di trasporto assicurano il trasferimento rapido dell'acido lattico tra gli oligodendrociti e i loro assoni mielinizzati.


Questa scoperta fornisce una nuova comprensione del ruolo degli oligodendrociti: in aggiunta al loro significato noto per la mielinizzazione, possono fornire direttamente agli assoni il glucosio da utilizzare come combustibile con l'aiuto dei mitocondri assonali in periodi di alta attività. Questo accoppiamento di cellule gliali potrebbe spiegare, tra le altre cose, perché in molte malattie della mielina (per esempio la sclerosi multipla) gli assoni demielinizzati colpiti spesso subiscono danni irreversibili.

 

 

 

 

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Fonte: Materiale del Max-Planck-Gesellschaft, via AlphaGalileo.

Riferimento:
Ursula Fünfschilling, Lotti M. Supplie, Don Mahad, Susann Boretius, Aiman S. Saab, Julia Edgar, Bastian G. Brinkmann, Celia M. Kassmann, Iva D. Tzvetanova, Wiebke Möbius, Francisca Diaz, Dies Meijer, Ueli Suter, Bernd Hamprecht, Michael W. Sereda, Carlos T. Moraes, Jens Frahm, Sandra Goebbels, Klaus-Armin Nave. Glycolytic oligodendrocytes maintain myelin and long-term axonal integrity. Nature, 2012; DOI: 10.1038/nature11007.

Pubblicato in ScienceDaily il 10 Maggio 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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