Ricerche

Stabilità a lungo termine della struttura delle sinapsi (magenta) e dell'espressione dei recettori dei neurotrasmettitori (giallo) nelle sinapsi nel cervello. Le frecce indicano le stesse sinapsi fotografate sui topi vivi per quattro settimane. (Fonte: Johns Hopkins Medicine)

Nello spazio minuscolo del cervello in cui si incontrano due cellule nervose, dei segnali chimici ed elettrici sono scambiati avanti e indietro, un sistema di messaggistica che fluisce e scorre in quegli spazi sinaptici, talvolta in un modo che secondo gli scienziati può aiutare l'apprendimento e la memoria.

Ma poiché la maggior parte delle proteine ​​presenti in quelle sinapsi muoiono e si rinnovano molto rapidamente, gli scienziati hanno avuto difficoltà a stabilire come le sinapsi siano abbastanza stabili da spiegare il tipo di apprendimento e memoria che dura tutta la vita.

Ora, i neuroscienziati della John Hopkins University riferiscono di essere riusciti (con studi di larga scala su proteine ​​e con analisi chimiche ad alta tecnologia) a scoprire 164 proteine ​​nelle sinapsi nei topi, che sopravvivono alle proteine ​​vicine per settimane e mesi.

Queste proteine ​​stabili, dicono, possono far parte del meccanismo molecolare che governa la memoria e l'apprendimento a lungo termine (come pure la perdita di memoria) di tutti i mammiferi, inclusi gli umani. Una sintesi dei loro esperimenti è pubblicata dal 2 aprile su Procceding of the National Academy of Sciences.

"Sapevamo che la struttura complessiva delle sinapsi tende ad essere molto stabile, dura almeno un anno nel cervello dei topi", dice Richard Huganir PhD, professore e direttore del dipartimento di Neuroscienze e direttore del Kavli Neuroscience Discovery Institute della Johns Hopkins University.

Il suo gruppo conosceva già le proteine ​​a lunga durata come la cristallina (che costituisce le lenti dell'occhio) e il collagene (che si trova nel tessuto connettivo). Sono molto stabili anche le proteine ​​all'interno dei pori nucleari (i tunnel di trasporto dentro e fuori il nucleo di una cellula) e negli istoni, una sorta di "bobina" avvolta dal DNA.

"Così, abbiamo ragionato, ci devono essere proteine anche ​​in quelle sinapsi che durano a lungo e crediamo di averne trovate molte".

Per farlo, Huganir e i suoi colleghi si sono concentrati su un gruppo di otto topi allevati in laboratorio e nutriti con cibo che conteneva un tracciante molecolare in grado di attaccarsi alle proteine ​​degli animali.

Il tracciante era un composto organico chiamato amminoacido, uno degli elementi costitutivi delle proteine. Ma questi amminoacidi contenevano neutroni extra, che rendono 'più pesante' la proteina quando è analizzata da uno spettrometro di massa, un dispositivo che misura la massa e la carica delle molecole.

I topi hanno mangiato il cibo con amminoacidi 'pesanti' per sette settimane. Durante questo periodo, le proteine ​​a lunga durata tendevano a incorporare il tracciante pesante a un ritmo più lento rispetto a quello di altre proteine ​​a vita breve.

Poi i topi hanno ricevuto altre sette settimane di cibo che conteneva aminoacidi 'leggeri' privi del protone extra. Le proteine ​​a vita lunga cambiano meno frequentemente e quindi rimangono attaccate al tracciante pesante.

Gli scienziati hanno quindi analizzato il tessuto cerebrale di due dei topi dopo le prime sette settimane e altri due topi dopo altre sette settimane. Hanno anche messo quattro dei topi in gabbie più grandi con tubi, perle e altri oggetti per stimolare la loro attività cerebrale e hanno analizzato il tessuto cerebrale di 2 di loro dopo ogni periodo di sette settimane.

Usando uno spettrometro di massa, gli scienziati hanno registrato il rapporto tra amminoacidi pesanti e normali su 2.272 proteine ​​localizzate nelle sinapsi. Le proteine ​​a lunga vita hanno trattenuto più della metà degli amminoacidi pesanti durante le prime sette settimane.

La maggior parte delle proteine ​​erano di vita breve, duravano un giorno o due, dice Huganir. Ma gli scienziati hanno trovato 164 proteine ​​che sono durate molto più a lungo, fino a diverse settimane o mesi. Per alcune si è stimata una durata di anni.

Lavorando con Akhilesh Pandey MD/PhD, del McKusick / Nathans Institute of Genetic Medicine della Johns Hopkins, il team di ricerca ha isolato e identificato le proteine ​​a lunga durata. Una di queste appartiene al percorso di segnalazione RAS, mentre altre sono collegate con l'impalcatura cellulare.

Huganir e il suo team stanno continuando a studiare 50 delle proteine ​​più longeve del gruppo, alcune delle quali si stima che durino anni. Poiché queste proteine 'vecchie' ​​possono accumulare danni nel tempo, egli afferma che il suo team cercherà anche qualsiasi legame tra le proteine ​​e il declino cognitivo correlato all'età umana.