Nella foto il nervo ottico e la retina del topo, che trasmettono le informazioni provenienti dall'occhio al cervello. Il tessuto è reso colorato fluorescente per rivelare la distribuzione degli astrociti (giallo), degli assoni delle cellule gangliari della retina (viola), della mielina (verde) e del nucleo (ciano). Gli assoni delle cellule gangliari della retina trasferiscono i mitocondri agli astrociti adiacenti alla testa del nervo ottico, dietro la retina. Gli astrociti degradano i mitocondri in un processo denominato transmitofagia. (Immagine: Mark Ellisman, NCMIR, UC San Diego).C'è un'ampia condivisione dell'ipotesi che le cellule degradano e riciclano i propri organelli vecchi o danneggiati, ma i ricercatori della University of California di San Diego, della Johns Hopkins University e del Kennedy Krieger Institute hanno scoperto che alcuni neuroni trasferiscono i mitocondri non necessari (le piccole centrali energetiche presenti all'interno delle cellule) alle cellule gliali di supporto (astrociti) per essere smaltiti.

I risultati, pubblicati da oggi online su PNAS, suggeriscono che qualche principio di biologia di base potrebbe richiedere una revisione, ma hanno anche implicazioni potenziali per migliorare la comprensione e il trattamento di molte malattie neurodegenerative e metaboliche.

"Questo non rimette in discussione l'assunto convenzionale che le cellule degradino necessariamente i propri organelli. Noi non sappiamo ancora quant'è generalizzato questo processo in tutto il cervello, ma il nostro lavoro suggerisce che probabilmente è diffuso", ha dichiarato Mark H. Ellisman, PhD, Professore di Neuroscienze, direttore del National Center for Microscopy and Imaging Research (NCMIR) alla UC San Diego e co-autore senior dello studio con Nicholas Marsh-Armstrong, PhD, del Dipartimento di Neuroscienze della Johns Hopkins University e dello Hugo W. Moser Research Institute del Kennedy Krieger Institute di Baltimora.

"La scoperta di un processo standard per il trasferimento dei rifiuti da un neurone alle glia molto probabilmente sarà molto importante per comprendere il declino da età nella funzionalità del cervello e i disturbi neurodegenerativi o metabolici", ha detto Marsh-Armstrong. "Ci aspettiamo che l'impatto sia significativo pure in altre aree della biomedicina".

I ricercatori hanno esaminato specificamente gli assoni delle cellule gangliari della retina dei topi, un tipo di neurone che trasmette le informazioni visive dell'occhio al cervello. L'indagine è stata avviata dalle osservazioni di Marsh-Armstrong effettuate mentre studiava un modello di topo con glaucoma dove i prodotti proteici dalla retina si accumulano nella testa del nervo ottico (TNO) appena dietro l'occhio.

Usando una combinazione di microscopia avanzata e tecniche molecolari sviluppate nei laboratori di Ellisman e di Marsh-Armstrong, essi hanno scoperto che i mitocondri danneggiati nelle cellule gangliari della retina vengono sparsi nel TNO dove gli assoni delle cellule gangliari escono dall'occhio per formare il nervo ottico diretto al cervello. Questi mitocondri sono prelevati e degradati dagli astrociti adiacenti, la forma più abbondante di cellule gliali del sistema nervoso dei vertebrati e l'unica cellula che fa da ponte tra le cellule nervose e l'apporto di sangue del cervello.

La scoperta confuta l'assunto comune che tutte le cellule isolano, degradano e rimuovono i materiali danneggiati internamente, un processo noto come autofagia (dal greco «auto-mangiarsi»). Quando il processo coinvolge i mitocondri, si chiama «mitofagia». Il processo descritto da Marsh-Armstrong, Ellisman e colleghi è stato soprannominato «transmitofagia".

Questi risultati sorprendenti lasciano ancora domande a cui rispondere: ad esempio, i mitocondri rimossi al TNO provengono solo dalla popolazione residente nelle lunghe fibre nervose che vanno dall'occhio al cervello o sono trasportati in qualche modo attivamente dalla retina stessa?

Ellisman dice che i risultati potrebbero potenzialmente migliorare la comprensione di diversi disturbi, e forse portare infine ad un trattamento. "I mitocondri hanno un ruolo di primo piano nella salute degli assoni, che sono fondamentali per il collegamento tra i neuroni e la trasmissione delle informazioni. Dovrebbe essere prioritario esplorare ulteriormente cosa succede nella transmitofagia e se i difetti in questo fenomeno contribuiscono alla disfunzione o alla malattia neuronale".

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Hanno collaborato Chung-ha O. Davis, Elizabeth A. Mills e Judy V. Nguyen, del Kennedy Krieger Institute e della Johns Hopkins University; Keu-Young Kim, Eric A. Bushong, Daniela Boassa, Tiffany Shih, Mira Kinebuchi e Sebastien Phan, del National Center for Microscopy and Imaging Research, UCSD; Yi Zhou del Kennedy Krieger Institute; Nathan A. Bihlmeyer e Yunju Jin della School of Medicine della Johns Hopkins University.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dalla International Retinal Research Foundation, dalla Glaucoma Research Foundation, dalla Melza M. and Frank Theodore Barr Foundation, dal National Center for Research Resources, dal National Institute on Drug Abuse -Human Brain Project, dal National Institute of General Medical Sciences e dalla National Science Foundation.

Fonte:  University of California, San Diego Health Sciences  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Chung-ha O. Davis, Keun-Young Kim, Eric A. Bushong, Elizabeth A. Mills, Daniela Boassa, Tiffany Shih, Mira Kinebuchi, Sebastien Phan, Yi Zhou, Nathan A. Bihlmeyer, Judy V. Nguyen, Yunju Jin, Mark H. Ellisman, and Nicholas Marsh-Armstrong. Transcellular degradation of axonal mitochondria. PNAS, June 16, 2014 DOI: 10.1073/pnas.1404651111

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