Ricerche
Rete di cellule cerebrali fornisce energia ai neuroni
Quando un astrocita nel talamo è riempito di colorante, si diffonde nelle cellule vicine della rete (rosso). Queste includono molti oligodendrociti (verde), come visibile nella sovrapposizione (B3, giallo). Fonte: ©Ag Steinhäuser.
Fino a poco tempo fa, gli oligodendrociti erano ritenuti principalmente una specie di nastro isolante cellulare che accelera la trasmissione di segnali elettrici nel cervello. Uno studio dell'Università di Bonn ora mostra che sono importanti anche per la fornitura di energia ai neuroni in alcune regioni cerebrali. I risultati sono pubblicati su Cell Reports.
Il cervello umano ha tanti neuroni quante cellule gliali, che possono essere di 4 tipi principali: le microglia, gli astrociti, le cellule gliali NG2 e gli oligodendrociti. Gli oligodendrociti agiscono principalmente come nastro isolante cellulare: formano lunghi viticci, che consistono in gran parte di sostanze grasse che non conducono elettricità. Questi avvolgono gli assoni, le estensioni attraverso cui i neuroni inviano impulsi elettrici. Ciò impedisce i cortocircuiti e accelera il passaggio del segnale.
Gli astrociti, d'altra parte, forniscono energia alle cellule nervose: attraverso le loro appendici vengono a contatto con i vasi sanguigni, dai quali assorbono il glucosio che trasportano alle interfacce tra due neuroni, le sinapsi. Prima di ciò, convertono parzialmente lo zucchero in altre molecole ricche di energia.
Il Prof. Christian Steinhäuser dell'Istituto di Neuroscienze Cellulari all'Università di Bonn, spiega:
"Ora siamo riusciti a dimostrare che gli oligodendrociti hanno un ruolo importante nella distribuzione di questi composti. Questo apparentemente è particolarmente vero in una particolare regione del cervello, il talamo".
Rete enorme di approvvigionamento
Il talamo è chiamato anche 'porta alla coscienza'. I segnali sensoriali che riceve includono quelli delle orecchie, degli occhi e della pelle. Quindi li inoltra ai rispettivi centri responsabili nella corteccia cerebrale. Solo allora diventiamo consapevoli di queste informazioni, ad esempio il suono di uno strumento.
È noto da tempo che gli astrociti possono formare connessioni strette: costruiscono reti intercellulari attraverso un accoppiamento simile a un tunnel. Le molecole possono migrare da una cellula all'altra attraverso queste 'giunzioni staccate'. Alcuni anni fa, Steinhäuser e i suoi colleghi erano riusciti a dimostrare che ci sono anche oligodendrociti in queste reti nel talamo, circa tanti quanto gli astrociti.
In questo modo le cellule formano una rete enorme, che i neuroscienziati chiamano 'rete pangliale' ('pan' deriva dal greco e significa 'completo'). In altre regioni, tuttavia, le reti consistono prevalentemente di astrociti accoppiati. La dott.ssa Camille Philippot del gruppo di ricerca di Steinhäuser, che ha condotto gran parte del lavoro, spiega:
"Volevamo sapere perché questo è diverso qui. I nostri risultati dimostrano che dei composti ad alta energia viaggiano attraverso questa rete dai vasi sanguigni verso le sinapsi. E gli oligodendrociti sembrano essere indispensabili in questo processo".
I ricercatori hanno dimostrato questo anche nei topi i cui oligodendrociti non possono far parte della rete, perché mancano dei tunnel appropriati. In questi topi, le molecole energetiche non potevano più raggiungere le sinapsi in quantità sufficiente. Lo stesso valeva se gli astrociti mancavano dei collegamenti appropriati. "Il talamo apparentemente richiede entrambi i tipi di cellule per il trasporto", conclude Steinhäuser.
I neuroni affamati non possono comunicare
I ricercatori hanno anche dimostrato le conseguenze di una tale mancanza di fornitura di energia sull'elaborazione neuronale delle informazioni. Le sinapsi sono il punto in cui si incontrano due neuroni: uno trasmette e l'altro riceve. Quando un impulso della cellula trasmittente arriva nella sinapsi, rilascia molecole messaggere nella fessura sinaptica.
Questi neurotrasmettitori si aggrappano alla cellula ricevente e lì innescano segnali elettrici, i cosiddetti 'potenziali postsinaptici'. Quando questi segnali vengono generati, gli ioni di potassio e di sodio passano attraverso la membrana della cellula ricevente: gli ioni di sodio verso l'interno, quelli di potassio verso l'esterno. Questi ultimi, come i neurotrasmettitori, devono essere poi pompati di nuovo indietro.
"E per fare questo, i neuroni hanno bisogno di energia", spiega Steinhäuser, che è anche membro dell'area di ricerca transdisciplinare Life and Health dell'Università di Bonn. "Quando manca l'energia, la capacità di pompaggio viene meno". Negli esperimenti, i neuroni 'affamati' non erano più in grado di generare attività postsinaptiche dopo solo pochi minuti.
I risultati della ricerca di base consentono una migliore comprensione dei processi coinvolti nell'elaborazione dei segnali nel cervello. Possono anche fare nuova luce sulle malattie in cui gli oligodendrociti non funzionano correttamente (come l'Alzheimer).
Fonte: University of Bonn (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Camille Philippot, Stephanie Griemsmann, Ronald Jabs, Gerald Seifert, Helmut Kettenmann, Christian Steinhäuser. Astrocytes and oligodendrocytes in the thalamus jointly maintain synaptic activity by supplying metabolites. Cell Reports, 18 Jan 2021, DOI
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