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Identificato 'interruttore molecolare della memoria' nel cervello

Moscerino della fruttaDegli scienziati hanno identificato una molecola cruciale, responsabile dell'innesco dei processi chimici nel nostro cervello legati alla formazione di ricordi.

I risultati, pubblicati nella rivista Frontiers in Neural Circuits, rivelano un nuovo bersaglio per interventi terapeutici per contrastare gli effetti devastanti della perdita di memoria.


La ricerca, finanziata dal BBSRC e guidata da scienziati dell'Università di Bristol, si era posta l'obiettivo di comprendere meglio i meccanismi che ci permettono di formare ricordi, studiando i cambiamenti molecolari nell'ippocampo, la parte del cervello coinvolta nell'apprendimento.


Studi precedenti hanno dimostrato che la nostra capacità di apprendere e formare ricordi è dovuta ad un aumento della comunicazione sinaptica, chiamato potenziamento a lungo termine [LTP]. Questa comunicazione viene avviata tramite un processo chimico innescato dal calcio che entra nelle cellule cerebrali e dall'attivazione di un enzima chiave chiamato 'chinasi reagente Ca2+' [CaMKII]. Una volta che la proteina è attivata dal calcio, fa scattare un interruttore nella propria attività che le consente di rimanere attivo anche dopo che il calcio se n'è andato. Questa capacità speciale del CaMKII di mantenersi attivo è stata definita 'interruttore molecolare di memoria'.


Fino ad ora la domenda era ancora: cosa fa scattare il processo chimico nel nostro cervello che ci permette di imparare e formare ricordi a lungo termine. Il team di ricerca, composto da scienziati della Scuola di Fisiologia e Farmacologia dell'Università, ha condotto esperimenti con i comuni moscerini della frutta [Drosophila] per analizzare e identificare i meccanismi molecolari alla base di questo interruttore. Usando tecniche avanzate di genetica molecolare, che hanno permesso loro di inibire temporaneamente la memoria di moscerini, il team è riuscito ad identificare il gene CASK come la molecola sinaptica che regola questo 'interruttore di memoria'.


Il Dr James Hodge, autore principale dello studio, ha detto: "I moscerini della frutta sono notevolmente compatibili con questo tipo di studio, in quanto possiedono funzioni neuronali e risposte neurali simili a quelle degli esseri umani. Anche se piccoli, sono molto intelligenti; per esempio, possono fermarsi sul soffitto e rilevare, prima di noi, che la frutta nel cesto è stata tolta". "Negli esperimenti in cui abbiamo testato la capacità di apprendimento e di memoria dei moscerini, attraverso la presentazione di due odori ai moscerini associati ad una leggera scossa, abbiamo scoperto che circa il 90 per cento sono riusciti ad fare la scelta corretta ricordando l'odore da evitare associato allo shock. Cinque lezioni di odore con punizione sono bastati ai moscerini per ricordare di evitare quell'odore per un periodo da 24 ore a una settimana, un tempo lungo per un insetto che vive solo un paio di mesi".


Localizzando la funzione delle molecole chiave CASK e CaMKII alla zona del cervello dei moscerini equivalente all'ippocampo umano, il team ha scoperto che i moscerini a cui mancano questi geni non formano ricordi. Nei ripetuti test di memoria, quelli a cui mancavano questi geni chiave hanno dimostrato di non avere capacità di ricordare fino a tre ore (memoria a medio termine) e a 24 ore (memoria a lungo termine), anche se il loro apprendimento iniziale (memoria a breve termine) non ne era influenzato.


Infine, il team ha introdotto una copia del gene CASK umano - identico per l'80% al gene CASK dei moscerini - nel genoma di una mosca che mancava totalmente del suo gene CASK e non era quindi di norma in grado di ricordare. I ricercatori hanno scoperto che i moscerini che avevano una copia del gene CASK umano riescono a ricordare come un moscerino normale di tipo selvatico.

Il Dr Hodge, della Scuola di Fisiologia e Farmacologia dell'Università, ha dichiarato: "La ricerca nella memoria è particolarmente importante in quanto ci dà il nostro senso di identità, e in molte malattie, lesioni e durante l'invecchiamento insorge un deficit di apprendimento e di memoria".

"Il controllo del CASK sull' 'interruttore di memoria molecolare' CaMKII è chiaramente una fase fondamentale nel modo in cui i ricordi sono scritti nei neuroni del cervello. Questi risultati non solo aprono la strada allo sviluppo di nuove terapie che invertano gli effetti della perdita di memoria, ma dimostrano anche la compatibilità dei Drosophila nel modellare queste malattie in laboratorio e per individuare nuovi farmaci per il trattamento di queste malattie. Inoltre, questo lavoro fornisce una panoramica importante sul modo in cui il cervello ha evoluto la sua enorme capacità di acquisire e memorizzare le informazioni".


Questi risultati dimostrano chiaramente che la funzione neuronale del CASK è la stessa per moscerini e umani, convalidando l'uso dei Drosophila per comprendere la funzione del CASK sia nel cervello sano che in quello malato. Le mutazioni nel gene umano CASK sono state associate a difetti neurologici e cognitivi, tra cui gravi difficoltà di apprendimento.


Lo studio di Bilal Rashid Malik, John Michael Gillespie e James John Llewellyn Hodge è stato pubblicato Mercoledì 27 Marzo 2013 su Frontiers in Neural Circuits Journal.

 

 

 

 

 


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Fonte: University of Bristol.

Riferimento: Bilal R. Malik, John Michael Gillespie, James JL Hodge. CASK and CaMKII function in the mushroom body α′/β′ neurons during Drosophila memory formation. Frontiers in Neural Circuits, 2013; 7 DOI: 10.3389/fncir.2013.00052.

Pubblicato in Science Daily il 28 Marzo 2013 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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