Immagine di scansione a due fotoni del CF3 dimostra che l'aggiunta acuta di dosaggi BCS riduce anche i raggruppamenti labili di rame nei neuroni retinici.Negli ultimi anni si è dimostrato che il rame ha un ruolo essenziale nella salute del cervello umano.

Una ossidazione impropria del rame è stata collegata a diversi disturbi neurologici, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson e il Menkes' e Wilson.

Il rame è stato inoltre individuato come ingrediente essenziale negli enzimi che attivano i neurotrasmettitori del cervello in risposta agli stimoli.

Ora un nuovo studio condotto da ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha dimostrato che sono essenziali livelli di rame adeguati per la salute del cervello a riposo.

"Usando le nuove tecniche di scansione molecolare, abbiamo identificato il rame come modulatore dinamico dell'attività spontanea che sviluppa i circuiti neurali, quell'attività di base dei neuroni senza stimoli attivi (tipo quando si dorme o si sogna ad occhi aperti) che permette ai circuiti di riposare e adattarsi", dice Chris Chang, chimico di facoltà della Divisione di Scienze Chimiche del Berkeley Lab che ha condotto questo studio. "Il rame è stato considerato finora un co-fattore metabolico statico che deve essere sepolto all'interno di enzimi per proteggere dalla generazione di specie reattive dell'ossigeno e dai conseguenti danni dei radicali liberi. Abbiamo dimostrato che i gruppi di rame dinamici e a legame debole possono modulare l'attività neurale e sono essenziali per il normale sviluppo delle sinapsi e dei circuiti".

Anche se il cervello umano rappresenta solo il 2 per cento della massa totale del corpo, esso consuma il 20 per cento dell'ossigeno acquisito attraverso la respirazione. Questa forte domanda di ossigeno e il metabolismo ossidativo implicano che il cervello ospita la quantità di rame più alta del corpo, così come di ferro e zinco. Negli ultimi anni, Chang e il suo gruppo di ricerca alla University of California di Berkeley hanno sviluppato una serie di sonde fluorescenti per visualizzare le molecolare di rame nel cervello. "La mancanza di metodi per monitorare i cambiamenti dinamici del rame in interi organismi viventi ha reso finora difficile determinare le complesse relazioni tra lo stato del rame e le varie fasi di salute e malattia", ha detto Chang. "Stiamo progettando sonde fluorescenti che possono mappare il movimento del rame nelle cellule vive, nei tessuti e anche in organismi modello, come i topi e i pesci zebra".

Per questo ultimo studio, Chang e il suo gruppo hanno sviluppato una sonda fluorescente chiamata Rame Fluoro-3 (CF3) che può essere usata per vedere uno e due fotoni di ioni di rame. Questa nuova sonda ha permesso loro di esplorare i potenziali contributi alla segnalazione cellulare delle forme debolmente legate di rame nei neuroni dell'ippocampo e del tessuto retinico.

Chang e il suo gruppo hanno dimostrato che i neuroni e il tessuto neurale mantengono depositi di rame debolmente legato che possono essere attenuati dalla chelazione, per creare quello che viene chiamato un «gruppo di rame labile». La distruzione mirata di questi gruppi di rame labile con una chelazione acuta o l'abbattimento genetico del canale di ioni di rame CTR1 (=trasportatore 1 di rame) alterano l'attività neurale spontanea nell'ippocampo in sviluppo e nei circuiti retinici.

"Abbiamo dimostrato che l'aggiunta del disolfonato chelante del rame bathocuproine (BCS) modula la segnalazione del rame che diventa modulazione dell'attività neurale", dice Chang. "La chelazione acuta del rame a seguito di BCS supplementare nelle colture ippocampali dissociate e nel tessuto retinico intatto in sviluppo rimuove il rame, determinando una eccessiva attività spontanea".

I risultati di questo studio suggeriscono che la cattiva gestione di rame nel cervello, che è stata collegata all'Alzheimer, al Wilson e ad altri disturbi neurologici, può contribuire anche alla disregolazione della segnalazione nelle comunicazioni da cellula a cellula. "Questi risultati hanno implicazioni terapeutiche in quanto il bisogno di un paziente di integratori di rame o di rame chelante dipende dalla quantità di rame presente e dov'è nel cervello", dice Chang. "Questi risultati evidenziano anche la necessità di continuare a sviluppare le sonde di scansione molecolare come strumenti di screening pilota per aiutare a scoprire la biologia unica ed inesplorata dei metalli nei sistemi viventi".

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Questa ricerca è stata sostenuta dai National Institutes of Health e dallo Howard Hughes Medical Institute.

Fonte:  DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Sheel C. Dodani, Alana Firl, Jefferson Chan, Christine I. Nam, Allegra T. Aron, Carl S. Onak, Karla M. Ramos-Torres, Jaeho Paek, Corey M. Webster, Marla B. Feller, Christopher J. Chang. Copper is an endogenous modulator of neural circuit spontaneous activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; 111 (46): 16280 DOI: 10.1073/pnas.1409796111
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