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Intercettare le chiacchiere tra le cellule cerebrali

Intercettare le chiacchiere tra le cellule cerebraliRappresentazione artistica degli astrociti. La luce lampeggiante rappresenta livelli mutevoli di calcio. (Fonte: Baljit S. Khakh, Ph.D., University of California, Los Angeles)Tutto quello che facciamo - tutti i nostri movimenti, pensieri e sentimenti - sono il risultato di neuroni che comunicano uno con l'altro, e studi recenti hanno suggerito che alcune delle conversazioni potrebbero non essere proprio così private.


Le cellule cerebrali conosciute come «astrociti» potrebbero essere in ascolto, o anche partecipare ad alcune di queste discussioni.


Ma un nuovo studio sui topi suggerisce che gli astrociti potrebbero essere in sintonia solo per una parte del tempo, e in particolare quando i neuroni diventano veramente entusiasti di qualcosa. Questa ricerca, pubblicata in Neuron, è stato sostenuta dal National Institute of Neurological Disorder and Stroke (NINDS), parte dei National Institutes of Health.


Da molto tempo i ricercatori pensavano che gli astrociti, a forma di stella (il nome deriva dalla parola greca stella) erano semplicemente cellule di supporto ai neuroni.


Si è scoperto invece che queste cellule hanno una serie di compiti importanti, compresa la fornitura di sostanze nutritive e di molecole di segnalazione ai neuroni, regolando il flusso di sangue, e la rimozione di sostanze chimiche cerebrali chiamate neurotrasmettitori dalle sinapsi. La sinapsi è il punto di trasferimento delle informazioni tra due neuroni. In questo punto di raccordo, vengono rilasciati i neurotrasmettitori da un neurone per influenzare le proprietà elettriche degli altri. Le lunghe braccia degli astrociti si trovano accanto alle sinapsi, dove possono tenere sotto controllo le conversazioni in corso tra i neuroni.


Negli ultimi anni, è stato dimostrato che gli astrociti possono avere un ruolo nella comunicazione neuronale. Quando i neuroni rilasciano neurotrasmettitori, cambiano i livelli di calcio all'interno degli astrociti. Il calcio è fondamentale per molti processi, tra cui il rilascio di molecole dalla cellula, e l'attivazione di una serie di proteine all'interno della cellula. Rimane misterioso il ruolo di questo calcio astrocitico di segnalazione per la funzione cerebrale.


In questo studio, Baljit S. Khakh, PhD, della University of California di Los Angeles ed i suoi colleghi intendevano capire quando gli astrociti rispondono all'attività dei neuroni con i cambiamenti nei loro livelli interni di calcio. Usando coloranti indicatori del calcio, i ricercatori sono riusciti a visualizzare per la prima volta i cambiamenti dei livelli di calcio nell'intero astrocita. In precedenza, era solo possibile vedere alcune zone della cellula in una sola volta, ottenendo un quadro incompleto di quello che stava accadendo.  Il Dr. Khakh ha detto che uno dei risultati più importanti di questo lavoro era nei metodi che sono stati usati. "Quello che dimostra il nostro uso di questi indicatori del calcio è che possiamo vedere il calcio in tutto l'astrocita. Ciò fornisce un nuovo set di strumenti per la comunità di ricerca da utilizzare ed estendere questi risultati", ha detto.


"C'è grande interesse a capire come gli astrociti facilitano la comunicazione tra i neuroni, ma è solo di recente che è stato possibile effettuare studi con questo livello di precisione", ha detto Edmund Talley, PhD, direttore del programma al NINDS. "Lo studio del Dr. Khakh è un esempio di un progetto entusiasmante di ricerca di base, o fondamentale, che potrebbe dare un importante contributo al campo in movimento della biologia degli astrociti", ha aggiunto.


Per questi esperimenti, ricercatori si sono concentrati sul percorso della fibra muscosa, che collega due aree dell'ippocampo, la struttura coinvolta nell'apprendimento e nella memoria. "Questo percorso ha una architettura unica e anche se è stato molto ben studiato, il ruolo degli astrociti in questo circuito non è stato esplorato in precedenza. Questo studio ci fa capire davvero in dettaglio gli astrociti all'interno di questo particolare circuito", ha detto il dottor Khakh. Il gruppo del Dott. Khakh ha attivato i neuroni (inducendoli a rilasciare neurotrasmettitori con varie tecniche) e hanno poi cercato la risposta degli astrociti vicini. Con l'aumento dei livelli di calcio, gli astrociti si accendono rapidamente. Hanno scoperto che due neurotrasmettitori (glutammato e GABA) inducono gli astrociti a liberare il calcio dai loro magazzini interni.


E soprattutto i ricercatori hanno scoperto che i livelli di calcio aumentano nell'intero astrocita solo se viene rilasciato un grande getto di neurotrasmettitore. "Abbiamo trovato che gli astrociti nel percorso della fibra muscosa non ascoltano costantemente, millisecondo per millisecondo, le chiacchiere sinaptiche che impegnano i neuroni. Al contrario ascoltano quando i neuroni diventano eccessivamente eccitati durante raffiche di attivazione", ha detto il dottor Khakh.


Questi risultati suggeriscono che gli astrociti nel sistema fibra muscosa possono agire da interruttore che reagisce a grandi quantità di attività neuronale, aumentando i livelli di calcio. Tali aumenti di calcio si verificano per più secondi, un periodo di tempo relativamente lungo rispetto a quello osservato nei neuroni. L'estensione spaziale del calcio degli astrociti diventa anche relativamente più grande rispetto alle dimensioni della sinapsi. "Gli astrociti possono stare lì fermi in silenzio e quando c'è eccessiva attivazione del circuito neuronale, rispondono immediatamente con un aumento del calcio, che abbiamo potuto rilevare. E la prossima grande domanda diventa: che cosa fanno con quel calcio?" ha detto il Dott. Khakh.


I risultati di Dr. Khakh del sistema di fibre muscosa differiscono da quegli che altri hanno descritto in altre regioni del cervello. Ciò solleva la possibilità intrigante che gli astrociti non sono tutti uguali e possono avere vari ruoli nel cervello. "Sarebbe molto interessante e importante trovare che astrociti funzionano in modo diverso in diverse aree del cervello, in modo specifico per ogni circuito. Questo studio suggerisce che questo potrebbe essere vero", conclude il dottor Talley.

 

 

 

Questo video mostra gli astrociti nell'ippocampo, che tengono sotto controllo le conversazioni neuronali. I lampi di luce indicano cambiamenti dei livelli di calcio all'interno degli astrociti. Quando i neuroni mostrano una raffica di attività, i livelli di calcio aumentano drasticamente negli astrociti, illuminando l'intera cella. (Video: Baljit S. Khakh, Ph.D., University of California, Los Angeles).

 

 

 

 


FonteNIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Martin D. Haustein, Sebastian Kracun, Xiao-Hong Lu, Tiffany Shih, Olan Jackson-Weaver, Xiaoping Tong, Ji Xu, X. William Yang, Thomas J. O’Dell, Jonathan S. Marvin, Mark H. Ellisman, Eric A. Bushong, Loren L. Looger, Baljit S. Khakh. Conditions and Constraints for Astrocyte Calcium Signaling in the Hippocampal Mossy Fiber Pathway. Neuron, 2014; 82 (2): 413 DOI: 10.1016/j.neuron.2014.02.041

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