Le sinapsi di un neurone vivente. La struttura complessiva di una cellula in una fitta rete di neuroni interconnessi è visibile dall'espressione di una proteina fluorescente rossa e verde che riempie tutta quella cellula (Fonte: University of Maryland School of Medicine)Da più di cento anni i neuroscienziati sanno che le cellule nervose comunicano tra loro attraverso dei piccoli spazi, un meccanismo chiamato «trasmissione sinaptica» (le sinapsi sono le connessioni tra i neuroni).

Le informazioni sono passate da una cellula all'altra da neurotrasmettitori come il glutammato, la dopamina e la serotonina, che attivano i recettori sul neurone ricevente per trasmettere messaggi eccitatori o inibitori.

Ma al di là di questo schema di base, finora erano ignoti i dettagli di questo aspetto cruciale della funzione del cervello. Ora una nuova ricerca di scienziati della University of Maryland (UM) ha chiarito per la prima volta l'architettura di questo processo. Il documento è stato pubblicato ieri sulla rivista Nature.

Le sinapsi sono macchine molecolari molto complicate. Sono anche molto piccole: solo pochi milionesimi di centimetro di diametro. Devono essere incredibilmente piccole, dal momento che ne abbiamo bisogno di moltissime; il cervello ne possiede circa 100 trilioni (*), e ognuna è sintonizzata individualmente e precisamente per trasmettere segnali più forti o più deboli tra le cellule.

Per osservare le caratteristiche su questa scala sub-microscopica, i ricercatori si sono rivolti a una tecnologia innovativa denominata «imaging a singola molecola», che può individuare e monitorare il movimento delle singole molecole proteiche entro i limiti di una sola sinapsi, anche nelle cellule viventi. Usando questo approccio, gli scienziati hanno identificato uno schema inaspettato e preciso nel processo di neurotrasmissione. I ricercatori hanno esaminato le sinapsi di ratto coltivate che, in termini di struttura generale, sono molto simili alle sinapsi umane.

"Stiamo vedendo cose che non sono mai state viste prima. Questa è un'area completamente nuova di indagine", ha detto Thomas Blanpied PhD, professore associato del Dipartimento di Fisiologia, e leader del gruppo che ha eseguito il lavoro. "Da molti anni abbiamo l'elenco dei molti tipi di molecole che si trovano a livello delle sinapsi, ma ciò non ci ha portato molto lontani nella comprensione di come si combinano queste molecole, o come funziona davvero il processo strutturalmente. Ora, con l'«imaging a singola molecola» abbiamo mappato il punto dove si trovano molte delle proteine ​​chiave, e siamo finalmente in grado di rivelare la struttura architettonica di base della sinapsi".

Nel documento Blanpied descrive un aspetto inatteso di questa architettura che può spiegare perché le sinapsi sono così efficienti, ma anche suscettibili di rotture nelle malattie: ad ogni sinapsi, le proteine ​​chiave sono organizzati in modo molto preciso in tutto lo spazio tra le cellule.

"I neuroni fanno un lavoro migliore di quanto abbiamo mai immaginato nel posizionare il rilascio di molecole neurotrasmettitrici vicino ai loro recettori", dice Blanpied. "Le proteine ​​dei due neuroni diversi sono allineate con grande precisione, quasi a formare una colonna che si estende tra le due cellule". Questa prossimità ottimizza la potenza di trasmissione, e suggerisce anche nuovi modi per modificare tale trasmissione.

La comprensione di questa architettura aiuterà a chiarire come funziona la comunicazione all'interno del cervello, o, nel caso di malattie psichiatriche o neurologiche, come NON funziona. Blanpied si sta concentrando anche sull'attività delle "molecole di adesione", che si estendono da una cellula all'altra e possono essere importanti pezzi della "nano-colonna".

Egli sospetta che, se le molecole di adesione non sono posizionate correttamente nella sinapsi, si rompe la sua architettura, e i neurotrasmettitori non riescono a svolgere il proprio lavoro. Blanpied ipotizza che, almeno in alcuni disturbi, il problema può essere che, anche se il cervello ha la giusta quantità di neurotrasmettitori, le sinapsi non trasmettono efficientemente queste molecole.

Blanpied dice che questo miglioramento della comprensione dell'architettura sinaptica potrebbe portare ad una migliore comprensione delle malattie cerebrali come la depressione, la schizofrenia e l'Alzheimer, e forse suggerire nuove idee per i trattamenti.

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(*) Negli Stati Uniti e nel mondo anglosassone in genere trillion equivale a 1000 miliardi (uguale a 10¹²); mentre in italiano trilione equivale a un miliardo di miliardi. (Fonte: Wikipedia)