Neuroni dell'ippocampo con marcatura fluorescente che mostra le spine dendritiche (Fonte: Dalhousie University)

Esseri umani e altri vertebrati dipendono da una porzione del cervello chiamata ippocampo per apprendimento, memoria e senso di posizione. Le strutture delle cellule nervose nell'ippocampo adulto sono sostenute da fattori la cui identità finora era rimasta in gran parte misteriosa.

Una ricerca guidata da un biologo della Johns Hopkins University getta ora luce su questo argomento, indicando potenzialmente la via per capire meglio come potrebbe deteriorarsi la struttura delle cellule nervose nell'ippocampo adulto, portando all'Alzheimer e ad altri disturbi neurologici.

"E' letteralmente una scatola nera", ha detto Rejji Kuruvilla, il professore associato del Dipartimento di Biologia che ha guidato il team di ricerca, facendo riferimento ai sistemi di segnalazione biochimica che supportano i neuroni nel cervello adulto. "Per risolvere il dilemma della riparazione del cervello adulto, è necessario prima capire quali sono i segnali".

In una ricerca pubblicata su Proceedings of the National Academy of Sciences, Kuruvilla e altri otto scienziati provenienti da due istituti di ricerca riferiscono che una proteina, che è stata studiata principalmente per il suo ruolo nello sviluppo iniziale animale, ha anche un ruolo sorprendente nel mantenere la struttura dei neuroni dell'ippocampo nei topi adulti.

Chih-Ming Chen, studente laureato del laboratorio di Kuruvilla, è l'autore principale dello studio. Inoltre sono stati coinvolti gli scienziati dello Scripps Research Institute in Florida e del Dipartimento di Neuroscienze della Facoltà di Medicina della Johns Hopkins University. Il team ha studiato la proteina Wnt5a, che appartiene ad una famiglia di proteine ​​studiate principalmente per la loro funzione durante lo sviluppo embrionale e nel nutrire i neuroni mentre si forma il cervello.

Usando topi geneticamente modificati per rimuovere la Wnt5a dall'ippocampo, il team ha dimostrato che l'assenza della proteina non influenza lo sviluppo dell'ippocampo nei topi giovani, ma provoca invece un degrado straordinario in strutture delle cellule nervose specifiche chiamate dendriti, che assomigliano a grappoli di rami degli alberi, nei topi adulti. Questi risultati suggeriscono che la proteina ha un ruolo importante nel mantenimento delle strutture dendritiche quando l'animale invecchia.

Il team è andato oltre, dimostrando che, quando la proteina Wnt5a viene reintrodotta dopo che i dendriti iniziano a deteriorarsi nei topi anziani, le strutture cellulari nervose vengono ripristinate in una misura che gli scienziati non si aspettavano. "Sono rimasto sorpreso dall'entità della crescita che abbiamo visto nel cervello adulto", ha detto Kuruvilla. "Si ritiene che il sistema nervoso sia dormiente in termini di crescita negli adulti".

Il team ha testato anche la capacità dei topi privi di Wnt5a nell'ippocampo di svolgere compiti di apprendimento e memoria con test di comportamento nel labirinto acquatico Morris, progettato per mostrare quanto i topi usano gli indizi spaziali per navigare nella vasca e quanto tempo ci mettono per capire come usare una piattaforma nascosta per fuggire.

E hanno scoperto che i topi mutanti - quelli senza Wnt5a - apprendevano meno e avevano una memoria attenuata; con l'età, le loro prestazioni nei compiti di comportamento sono peggiorate progressivamente. "Nell'insieme, i risultati del test nel 'Morris water maze' supportano un ruolo essenziale della Wnt5a nell'acquisire apprendimento spaziale e memoria negli animali adulti", hanno scritto gli autori.

L'ippocampo è la sede nel cervello della memoria a breve e a lungo termine, e regola l'orientamento spaziale. Studi hanno dimostrato che il cervello delle persone con Alzheimer ha alterazioni strutturali nei dendriti, in particolare nell'ippocampo. Kuruvilla ha detto che gli esperimenti suggeriscono la strada per ulteriori ricerche su ciò che può causare il restringimento dei dendriti durante i disturbi neurologici. Ma sottolinea, tuttavia, che è prematuro applicare agli esseri umani questi risultati dei topi.

Anche se Kuruvilla è stato attento a non sopravalutare il significato dei risultati o come si possono applicare ai disturbi cognitivi negli esseri umani, egli ha detto che i risultati quantomeno portano l'attenzione sulla significatività di studiare i segnali molecolari che mantengono i neuroni nel cervello adulto. Rispetto alla ricchezza di informazioni sui segnali che aiutano nella formazione di connessioni neuronali nel cervello in via di sviluppo, sappiamo molto meno di come è sostenuta la struttura del cervello nella vita adulta, ha detto.