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Scoperto meccanismo che regola l'espressione di molecole cruciali delle neurodegenerazioni
Il trattamento del BDNF (destra) mostra un aumento della sintesi di recettori AMPA (rosso fluorescente) nel corpo della cellula e nei dendriti, in confronto alle cellule non trattate (sinistra).
Le malattie neurologiche del cervello come la demenza, l'autismo e la schizofrenia sono ora un problema sociale in crescita. Ciononostante, gli studi sulla loro causa definitiva sono ancora insufficienti. Un team di ricerca del POSTECH ha identificato da poco il meccanismo con cui insorgono tali malattie neurologiche, risolvendo così l'enigma di trattarle.
Nel caso delle malattie neurologiche del cervello, i problemi sorgono quando certi effetti modificano la plasticità sinaptica e le trasmissioni del segnale del 'fattore neurotrofico derivato dal cervello' (BDNF), che ha un effetto profondo sullo sviluppo e sulla differenziazione dei neuroni. Le informazioni tra le cellule nervose vengono trasferite attraverso le sinapsi, in cui l'attività e la struttura sono cambiate dinamicamente, e regolate in base agli stimoli.
Durante questa fase, il BDNF ha effetti importanti sulla sopravvivenza e sulla plasticità sinaptica delle cellule nervose. Quando funziona male, non solo interferisce con lo scambio agevole di informazioni tra le cellule cerebrali, ma riesce anche a uccidere i neuroni, portando al deterioramento dell'apprendimento e della memoria.
Il prof. Kyong-Tai Kim e il dott. Young-Seop Jeong della divisione bioscienze integrative e biotecnologia del POSTECH hanno identificato il meccanismo con cui il BDNF regola l'espressione locale dei recettori AMPA, che sono importanti per la funzione sinaptica delle cellule nervose. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel numero di novembre di Science Advances.
Gli AMPA sono recettori dei canali ionici sui quali agisce l'acido glutammico e sono responsabili dei segnali neurali eccitatori. Si trovano sulle spine dendritiche delle cellule nervose e trasmettono i segnali quando riconoscono l'acido glutammico secreto nelle sinapsi. Per la plasticità sinaptica, è normale che i recettori AMPA sintetizzino localmente e traslochino efficientemente la membrana postsinaptica secondo la forza, la durata e la frequenza della stimolazione neurale.
La presenza del recettore AMPA mRNA nei dendriti era già noto, ma il meccanismo della traslazione di questo mRNA in una proteina del recettore era finora sconosciuto. Il team di ricerca ha scoperto che esiste un'attività del sito interno di ingresso del ribosoma (IRES) nella regione 5' non traslata del recettore AMPA mRNA, e, a differenza del metodo generale, la traslazione delle proteine aumenta quando una proteina hnRNP A2/B1 (una proteina che lega il RNA) si lega a questo sito.
È stato confermato che il recettore AMPA mRNA, creato dalla trascrizione dal nucleo, si sposta sui dendriti e attende lì fino a quando avviene una simulazione per produrre rapidamente proteine del recettore in risposta a vari stimoli. In particolare, quando il BDNF stimola le cellule nervose, aumenta la quantità di hnRNP A2/B1, promuovendo così la sintesi delle proteine del recettore AMPA. Queste proteine, sintetizzate localmente nelle sinapsi, eseguono efficientemente la trasduzione del segnale neurale.
"Questo è uno studio che ha rivelato un meccanismo chiave della plasticità sinaptica, per impedire alle cellule nervose del cervello di degenerare o i disturbi dello sviluppo del cervello", ha spiegato il prof. Kyong-Tai Kim che ha guidato lo studio. "In futuro ci aspettiamo di dare indizi importanti per il trattamento delle malattie dello sviluppo o delle degenerazioni cerebrali, come l'autismo e la demenza".
Fonte: Pohang University of Science & Technology (POSTECH) (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Youngseob Jung, Ji-Young Seo, Hye Guk Ryu, Do-Yeon Kim, Kyung-Ha Lee, Kyong-Tai Kim. BDNF-induced local translation of GluA1 is regulated by HNRNP A2/B1. Science Advances, 2020, DOI
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