Immagine 3-D che mostra il rilevatore della fagocitosi delle sinapsi nell'ippocampo di topo. Presinapsi in verde, astrociti in bianco, microglia in blu, presinapsi fagocitate dalle glia in rosso.

Mentre impariamo e ricordiamo, il cervello in sviluppo fa germogliare costantemente nuove connessioni neuronali chiamate sinapsi. I collegamenti importanti (quelli che vengono ripetutamente richiamati, come evitare i pericoli) sono nutriti e rinforzati, mentre le connessioni ritenute inutili sono potate.

Il cervello adulto subisce una potatura simile, ma finora non era chiaro come o perché vengono eliminate le sinapsi nel cervello adulto. Ora, un team di ricercatori del KAIST in Corea del Sud, con uno studio appena pubblicato su Nature, ha trovato il meccanismo che sottende la plasticità e, potenzialmente, i disturbi neurologici nel cervello adulto.

"I nostri risultati hanno profonde implicazioni per la comprensione del modo in cui i circuiti neurali cambiano durante l'apprendimento e la memoria, così come nelle malattie", ha affermato l'autore senior Won-Suk Chung, assistente professore nel Dipartimento di Scienze Biologiche del KAIST. "I cambiamenti nel numero di sinapsi si associano con forza con la prevalenza di vari disturbi neurologici, come il disturbo dello spettro dell'autismo, la schizofrenia, la demenza frontotemporale e diverse forme di convulsioni".

La materia grigia nel cervello contiene microglia e astrociti, due cellule complementari che, tra le altre cose, supportano i neuroni e le sinapsi. Le microglia formano la prima linea di difesa immunitaria, mangiando gli agenti patogeni e le cellule morte, mentre gli astrociti sono cellule a forma di stella che aiutano a strutturare il cervello e a mantenere l'omeostasi, aiutando a controllare la segnalazione tra i neuroni. Secondo il prof. Chung, si ritiene in genere che le microglia mangino le sinapsi nell'ambito del loro sforzo di pulizia, un processo chiamato fagocitosi.

"Usando nuovi strumenti, mostriamo per la prima volta che sono gli astrociti e non le microglia ad eliminare costantemente le connessioni sinaptiche eccitatorie in eccesso e non necessarie, in risposta all'attività neuronale", ha detto il professor Chung. "Il nostro studio sfida il consenso generale in questo campo che le microglia sono i fagociti primari delle sinapsi, che controllano i numeri di sinapsi nel cervello".

Il prof. Chung e il suo team hanno sviluppato un sensore molecolare che rileva l'eliminazione della sinapsi da parte delle cellule gliali e quantifica la frequenza e il tipo di sinapsi cellulari eliminate. Lo hanno inserito in un topo modello senza MEGF10, il gene che consente agli astrociti di eliminare le sinapsi.

Gli animali adulti con questa fagocitosi astrocitica difettosa avevano un numero di sinapsi eccitatorie insolitamente più alto nell'ippocampo. Attraverso una collaborazione con il dott. Hyungju Park del KBRI, hanno dimostrato che queste maggiori sinapsi eccitatorie sono funzionalmente compromesse, causando il difetto dell'apprendimento e della formazione di memoria negli animali senza MEGF10.

"Attraverso questo processo, mostriamo che, almeno nella regione Ca1 dell'ippocampo adulto, gli astrociti sono il giocatore principale nell'eliminazione delle sinapsi, e questa funzione astrocitica è essenziale per il controllo del numero e della plasticità delle sinapsi", ha detto Chung.

Il prof. Chung nota che i ricercatori stanno cominciando solo ora a capire come l'eliminazione delle sinapsi colpisce la maturazione e l'omeostasi nel cervello. Nei dati preliminari del suo gruppo su altre regioni del cervello, sembra che ogni regione abbia tassi diversi di eliminazione sinaptica da parte degli astrociti. I ricercatori sospettano che vari fattori interni ed esterni stiano influenzando come gli astrociti modulano ciascun circuito regionale e hanno dei piani per chiarire queste variabili.

"Il nostro obiettivo a lungo termine è capire come la rotazione delle sinapsi mediata dagli astrociti influenza l'avvio e la progressione dei vari disturbi neurologici", ha detto il prof. Chung. "È intrigante postulare che modulare la fagocitosi astrocitica, per ripristinare la connettività sinaptica, possa essere una nuova strategia nel trattamento di vari disturbi del cervello".

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