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Scoperte su codifica degli odori nel cervello possono essere utili per l'Alzheimer
Il ruolo del fattore PEBP1 nella formazione della mappa topografica olfattiva a livello del bulbo cerebrale. Nei topi geneticamente modificati per non produrre PEBP1, la mappa topografica risulta alterata.L'Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche ha chiarito il meccanismo molecolare della percezione degli odori, oggetto di oltre vent’anni di ricerche nell’ambito della medicina molecolare, basato sulla formazione di mappe sensoriali cerebrali, definite da una precisa disposizione spaziale dei neuroni olfattivi guidata dal recettore dell’odore. I risultati, rilevanti per la ricerca su Parkinson e Alzheimer, sono pubblicati su Cell Reports
Passo in avanti verso la comprensione dei processi responsabili della codifica degli odori a livello cerebrale. Il gruppo di Claudia Lodovichi, prima ricercatrice dell’Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-In) di Padova ha coordinato uno studio che dimostra il meccanismo molecolare della formazione delle mappe topografiche cerebrali.
I questo processo, i neuroni responsabili della percezione di un dato odore sono raggruppati in specifiche aree del bulbo olfattivo, la zona del cervello che elabora gli stimoli captati nel tessuto delle cavità nasali (epitelio olfattivo) attraverso i recettori olfattivi, proteine prodotte dagli stessi neuroni olfattivi che legano uno specifico odorante ‘intrappolato’ nel muco nasale.
Spiega la Lodovichi:
“Mentre i neuroni coinvolti nella vista e nell’udito sono disposti già a livello della retina e della coclea, secondo un ordine che si proietta all’interno del cervello con la formazione di ‘mappe topografiche’ dove i vari stimoli visivi e uditivi attivano aree diverse, i neuroni sensoriali olfattivi esprimono lo stesso recettore, specifico per un range di odori, e sono localizzati senza un particolare ordine nell’epitelio olfattivo, frammisti a neuroni che esprimono recettori diversi”.
Tuttavia, nel bulbo olfattivo viene raggiunto un preciso ordine spaziale:
“Tutti i prolungamenti (assoni) dei neuroni presenti nelle cavità nasali che esprimono lo stesso recettore, convergono infatti in uno specifico punto (glomerulo) sul lato mediale e laterale di ciascun bulbo olfattivo, dando luogo alla mappa topografica olfattiva.
"Ad ogni glomerulo è dunque associato uno specifico recettore olfattivo, in grado di captare un determinato spettro di odori. La mappa topografica è basata sull’identità del recettore olfattivo, che non solo rileva gli odori, ma guida la formazione dei glomeruli stessi”.
Il meccanismo con cui la stessa molecola può svolgere ruoli così diversi, oggetto di oltre vent’anni di ricerche nell’ambito delle neuroscienze, era però sconosciuto, fino alla scoperta del gruppo della Lodovichi, che spiega:
“Il recettore olfattivo, presente nelle cavità nasali ma prodotto anche all’interno del cervello, nella porzione terminale dell’assone, viene attivato da alcune molecole espresse nel bulbo olfattivo per guidare l’aggregazione dei neuroni che esprimono lo stesso recettore nei glomeruli.
“Siamo riusciti a identificare nel fattore fosfatidiletanolammina-1 (PEBP1), la proteina in grado di legare il recettore espresso dal terminale assonico. Nei topi geneticamente modificati per non esprimere tale fattore, la mappa topografica del bulbo è fortemente alterata, confermando il ruolo chiave di tale proteina nell’attivare questo gruppo specifico di recettori”.
Pochi ligandi espressi nel bulbo olfattivo sono pertanto in grado di attivare specifici gruppi di recettori olfattivi tra oltre mille recettori, i quali, inoltre, cooperano con altre molecole nella formazione della mappa. La Lodovichi conclude scrivendo che:
“Il recettore olfattivo, pertanto, non definisce solo l’intervallo sensoriale di ciascun neurone, ma anche il suo bersaglio nel cervello: gli odori sono codificati da un modello spaziale di glomeruli attivati, la cui posizione ha un ruolo cruciale nella codifica e quindi nella percezione finale degli odori.
“Questa scoperta, oltre che per la comprensione della fisiologia del sistema olfattivo, è rilevante anche perché contribuisce ad approfondire la conoscenza di un sistema che è coinvolto in molteplici patologie neurodegenerative, come il Parkinson e l'Alzheimer, i cui pazienti presentano deficit olfattivi anni prima dell’esordio delle alterazioni motorie e cognitive: capire i meccanismi di base che regolano il funzionamento del sistema olfattivo è fondamentale per qualsiasi ulteriore studio finalizzato a chiarire tali processi patologici”.
Il lavoro, supportato dalla fondazione Armenise-Harvard e condotto in collaborazione con i Dipartimenti di scienze biomediche, di scienze chimiche e di scienze farmaceutiche dell’Università di Padova e con l’Istituto veneto di medicina molecolare di Padova, ha visto la partecipazione di centri di ricerca e università in Belgio, Giappone, Regno Unito e Stati Uniti.
Fonte: CNR-Consiglio Nazionale delle Ricerche
Riferimenti: Ilaria Zamparo, Simona Francia, Sira Angela Franchi, Nelly Redolfi, Elisa Costanzi, Axelle Kerstens, Yosuke Fukutani, Roberto Battistutta, Patrizia Polverino de Laureto, Sebastian Munck, Bart De Strooper, Hiroaki Matsunami, Claudia Lodovichi. Axonal Odorant Receptors Mediate Axon Targeting. Cell Reports, 24 Dec 2019, DOI
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