Nilkantha Sen, neuroscienziato del Medical College of Georgia alla Georgia Regents University (Foto: Phil Jones)

L'infiammazione ha un ruolo nella perdita di apprendimento e di memoria che può derivare da lesioni cerebrali o da malattie, e ora i ricercatori hanno dimostrato che i neuroni possono essere danneggiati da troppo gas e da troppo poco cibo.

Hanno scoperto che la cellula del sistema immunitario interleuchina 1β (IL-1β), richiede la produzione del gas idrogeno solforato dalla breve durata, impattando la capacità delle cellule cerebrali di usare cibo e glucosio, provocando così la distruzione delle sinapsi, il punto di collegamento delle cellule per memorizzare le informazioni e generare i ricordi.

"Concentriamoci su questo. Se questa proteina viene masticata, allora la comunicazione da un neurone all'altro viene interrotta", dice il Dott Nilkantha Sen, neuroscienziato del Medical College of Georgia alla Georgia Regents University. "Se continua ad accadere nel cervello, la memoria sarà spenta". Sen, autore corrispondente dello studio pubblicato sulla rivista Molecular Cell, si riferisce ai danni alla proteina PSD95, che è essenziale per il sistema delle sinapsi, che collegano le cellule cerebrali e che viene modificato dal gas idrogeno solforato.

La perdita di PSD95 è già implicata nella demenza e nella depressione, nei disturbi d'ansia e nella dipendenza. La segnalazione IL-1β nel cervello ha un ruolo cruciale nell'apprendimento e nella memoria, e tuttavia il suo rapido accumulo a seguito di un danno sembra avere l'effetto opposto.

Due anni fa, Sen è stato tra i primi a scoprire che, almeno nei topi, lo stress (come un infortunio) fa aumentare l'espressione del recettore IL-1β sui neuroni, ed è lì che inizia il problema. Quasi immediatamente, il recettore attivato sovra-regola un altro trasmettitore, il solfuro di idrogeno, un gas più noto per la sua capacità di dilatare i vasi sanguigni. Ma, come per la IL-1β, l'idrogeno solforato, ad alti livelli, sembra favorire la distruzione delle cellule. "E' mantenuto a un livello di soglia in tutti i tessuti del nostro corpo", dice Sen. "Ma quando aumenta, produce reazioni avverse".

In questo caso, l'idrogeno solforato modifica il GAPDH, un enzima essenziale per la capacità delle cellule cerebrali di usare la sua principale fonte di cibo, il glucosio. Il GAPDH modificato si lega quindi alla Siah, una proteina importante per la capacità del corpo di degradare le proteine ​​ripiegate in modo improprio. In questa situazione, la Siah si lega a, e degrada, la PSD95, una molecola essenziale per l'impalcatura delle sinapsi. Sen ed i suoi colleghi scrivono che l'attacco della Siah alla PSD95 può essere considerato un meccanismo generale del danno alle sinapsi e alla memoria associato all'infiammazione.

"Esso uccide una proteina molto importante per la plasticità sinaptica", dice Sen. "Questo è un meccanismo completamente nuovo", che egli spera sia destinato a diventare un giorno una nuova terapia per varie malattie neurodegenerative e lesioni cerebrali, puntando al GAPDH modificato.

I ricercatori hanno anche scoperto che la PSD95 era meglio protetta nei topi mancanti di CBS, l'enzima che sintetizza il solfuro di idrogeno, così come nei neuroni mancanti di CBS o del recettore per l'IL-1β. I topi mancanti di CBS presentavano anche sinapsi significativamente meno distrutte e una minore conseguente compromissione della memoria.

Sen osserva che il ruolo chiaro dell'IL-1β in numerose malattie neurodegenerative e lesioni cerebrali, lo ha portato a perseguire una migliore comprensione di come funziona in questi scenari. Il suo laboratorio, in collaborazione con la Washington State University, ha sviluppato il test che rileva i livelli intracellulari di idrogeno solfato facendo apparire verde fluorescente il gas di vita corta.

Fonte:  Georgia Regents University  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Sajad Mir, Tanusree Sen, Nilkantha Sen. Cytokine-Induced GAPDH Sulfhydration Affects PSD95 Degradation and Memory. Molecular Cell, 2014; 56 (6): 786 DOI: 10.1016/j.molcel.2014.10.019

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