Ormone delle ossa influenza lo sviluppo del cervello e la cognizione

29 Set 2013

Ricercatori hanno scoperto che lo scheletro, attraverso l'ormone osteocalcina di derivazione ossea, esercita una forte influenza sullo sviluppo del cervello prenatale e sulle funzioni cognitive come apprendimento, memoria, ansia, e depressione nei topi adulti.

I risultati dello studio potrebbero portare a nuovi approcci per la prevenzione e il trattamento di disturbi neurologici. Lo studio del Medical Center della Columbia University (CUMC) è stato pubblicato il 26 settembre nell'edizione online di Cell.

"Il cervello di solito é visto come un organo che influenza altri organi e parti del corpo, ma meno spesso come il destinatario di segnali provenienti da altrove, e meno di tutto, dalle ossa" , ha detto il responsabile dello studio Gerard Karsenty, MD, PhD, Professore Paul A. Marks di Genetica e Sviluppo, professore di medicina, e preside del Dipartimento di Genetica e Sviluppo. "In un precedente studio, abbiamo dimostrato che il cervello è un potente inibitore della maturazione della massa ossea" , ha detto. "Questo effetto è così potente che ha sollevato immediatamente la questione: 'l’osso manda segnali indietro al cervello per limitare questa influenza negativa?' 'Se è così, che segnali usa e come funziona?' "

Il Dr. Karsenty sospettava che l'osteocalcina, un ormone recentemente identificato dal suo laboratorio e secreto dagli osteoblasti, potesse essere coinvolto in tale segnalazione osso-cervello. Studi precedenti avevano dimostrato che l'osteocalcina colpisce vari processi, quali l’uso di energia, l'equilibrio del glucosio, e la fertilità maschile."Poiché la maggior parte degli ormoni influenza una serie di processi fisiologici, era ragionevole supporre che le funzioni endocrine dell’osteocalcina fossero ancora di più di quelle già note", ha detto.

Per determinare se l'osteocalcina avesse effettivamente un ruolo nel cervello, il dottor Karsenty ed il suo team hanno studiato i topi a "osteocalcina nulla" (geneticamente modificati per non produrla). Con questi animali sono riusciti a dimostrare in modo inequivocabile che l'osteocalcina può attraversare la barriera emato-encefalica, legarsi ai neuroni nel tronco cerebrale, nel mesencefalo, e nell'ippocampo (che è responsabile dell'apprendimento e della memoria), promuovere la nascita di neuroni, ed aumentare la sintesi di diversi neurotrasmettitori, tra cui la serotonina, la dopamina [ancora lei] e le catecolamine. Hanno anche scoperto che i topi senza osteocalcina hanno un ippocampo anormalmente piccolo, quella parte del cervello coinvolta nella memoria.

I ricercatori hanno quindi ipotizzato che i cambiamenti nella sintesi dei neurotrasmettitori alterino il comportamento degli animali. In una serie di test comportamentali, hanno confermato che i topi senza osteocalcina mostrano più comportamenti simili all’ansia e alla depressione, così come un deterioramento dell’apprendimento e della memoria, rispetto ai topi normali.

Questi cambiamenti sono simili a quelli osservati nella popolazione umana che invecchia. "Con l'avanzare dell'età, la massa ossea diminuisce, e probabilmente anche la produzione di osteocalcina", ha detto il dottor Karsenty. "Stiamo lavorando su questo adesso. Non è escluso che i trattamenti che aumentano i livelli di osteocalcina, o che ne stimolano i recettori, possano contribuire a contrastare gli effetti dell'invecchiamento cognitivo e delle malattie legate all'invecchiamento, come l'Alzheimer".

Quando i topi adulti senza osteocalcina hanno ricevuto l’osteocalcina, ansia e depressione sono diminuite, "ma le infusioni non hanno influenzato l'apprendimento e la memoria o le dimensioni dell'ippocampo", ha detto il dottor Karsenty. "Questo era sconcertante, così abbiamo fatto un altro esperimento: abbiamo bloccato l’osteocalcina a dei topi dopo la nascita. Questi ultimi erano ansiosi e depressi ma avevano memoria e struttura dell'ippocampo normali. L'inevitabile conclusione dei due esperimenti era che l’osteocalcina deve agire durante lo sviluppo". Ciò ha portato alla seconda parte del loro studio.

Negli esperimenti successivi, i ricercatori hanno dimostrato che l'osteocalcina attraversa la placenta, dalla madre al feto, e che questo insieme materno di osteocalcina è necessario per la formazione dell'ippocampo e la creazione della memoria. Infine, hanno dimostrato che iniezioni quotidiane di osteocalcina alle madri che ne sono prive, durante la gravidanza, potrebbe prevenire lo sviluppo di anomalie comportamentali nella loro prole.

"Questa scoperta potrebbe spiegare alcuni degli effetti osservati nei bambini nati da madri denutrite che sviluppano, con una frequenza insolitamente alta, malattie metaboliche e psichiatriche come succede ai topi privi di osteocalcina" , ha detto il dottor Karsenty. "La malnutrizione riduce l'attività delle cellule ossee, e di conseguenza le madri denutrite hanno una bassa massa ossea, che colpisce la produzione di osteocalcina. Questo ha rilevanza clinica anche oggi, nei paesi in via di sviluppo, dove la malnutrizione materna è ancora comune”.

Tuttavia le possibili terapie riguardanti l’osteocalcina sono ancora lontane di anni, ha aggiunto.

Fource: Columbia University Medical Center.

Riferimenti: Franck Oury, Lori Khrimian, Christine A. Denny, Antoine Gardin, Alexandre Chamouni, Nick Goeden, Yung-yu Huang, Hojoon Lee, Prashanth Srinivas, Xiao-Bing Gao, Shigetomo Suyama, Thomas Langer, John. J. Mann, Tamas L. Horvath, Alexandre Bonnin, Gerard Karsenty. Maternal and Offspring Pools of Osteocalcin Influence Brain Development and Functions. Cell, 2013; 155 (1): 228 DOI: 10.1016/j.cell.2013.08.042

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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