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Ricerche

Cavalcare l'onda della genetica che forma i ricordi

neuron green ensheathed by an oligodendrocyte purpleNeurone (verde) fasciato da un oligodendrocite (viola), entrambi con materiale genetico 'attivo' (DNA) nel nucleo. Le differenze nel DNA attivo di ciascun tipo di cellula possono essere alla base della memoria umana. Fonte: Melissa Logies

Scienziati della University of Texas Southwestern hanno identificato i geni chiave coinvolti nelle onde cerebrali che sono fondamentali per la codifica dei ricordi. I loro risultati, pubblicati online questa settimana su Nature Neuroscience, potrebbero infine essere usati per sviluppare nuove terapie per le persone con disturbi della perdita di memoria come il morbo di Alzheimer e altre forme di demenza.


Produrre un ricordo richiede che gruppi di cellule cerebrali 'sparino' [segnali] in modo cooperativo a varie frequenze, un fenomeno chiamato 'oscillazioni neurali'. Tuttavia la base genetica di questo processo non è chiara, spiegano l'autore senior dello studio Bradley Lega MD, professore associato di chirurgia neurologica, neurologia e psichiatria, e Genevieve Konopka PhD, professoressa associata di neuroscienze.


"C'è un detto famoso da 100 anni nelle neuroscienze: i neuroni che sparano insieme, si cableranno insieme", afferma Lega. "Sappiamo che le cellule coinvolte nell'apprendimento sparano in gruppi e formano nuove connessioni a causa dell'influenza di queste oscillazioni. Ma non sappiamo niente di come i geni regolano questo processo nelle persone".


Lega e la Konopka hanno collaborato a uno studio precedente per esplorare questa questione, raccogliendo dati sulle oscillazioni neurali da volontari, e usando metodi statistici per collegare queste informazioni ai dati sull'attività genica raccolti da cervelli post-mortem. Sebbene questi risultati avessero identificato un elenco promettente di geni, afferma la Konopka, c'era una carenza significativa nella ricerca: l'oscillazione e i dati genetici provengono da gruppi diversi di individui.


Più di recente, il duo ha sfruttato l'opportunità senza precedenti di eseguire uno studio simile su pazienti sottoposti a intervento chirurgico che rimuoveva parti danneggiate del cervello per aiutare a controllare l'epilessia.


I ricercatori hanno lavorato con 16 volontari dell'unità di monitoraggio dell'epilessia della UT Southwestern, dove i pazienti di epilessia rimangono per diversi giorni, prima dell'intervento chirurgico che rimuove le parti danneggiate del cervello dove si scatenano le convulsioni. Gli elettrodi impiantati nel cervello di questi pazienti in questo periodo non solo aiutano i chirurghi a identificare con precisione il punto focale delle convulsioni, dice Lega, ma può anche fornire preziose informazioni sul funzionamento interno del cervello.


Mentre registravano l'attività elettrica del cervello di 16 volontari, i ricercatori li hanno invitati a eseguire un compito di 'richiamo libero', che consisteva in leggere una lista di 12 parole, risolvere un semplice problema di matematica per distrarli, e poi ricordare quante più parole possibili. Mentre questi pazienti memorizzavano le liste di parole, venivano registrate le loro onde cerebrali, creando un set di dati che differivano leggermente da persona a persona.


Circa sei settimane dopo, ogni volontario ha subito una lobectomia temporale (rimozione del lobo temporale del cervello) per curare le convulsioni. Questa area è quella dove hanno origine di frequente le convulsioni epilettiche ed è importante anche per la formazione della memoria. Entro 5 minuti dall'intervento, il tessuto cerebrale danneggiato è stato inviato alla valutazione dell'attività genetica.


La squadra della Konopka ha eseguito prima il sequenziamento dell'intero RNA (una tecnica che identifica i geni attivi) nei campioni del lobo temporale, includendo tutti i tipi di cellule del cervello. Usando tecniche statistiche che collegavano questa attività alle oscillazioni neurali dei pazienti durante il compito di richiamo libero, i ricercatori hanno identificato 300 geni che sembravano avere una parte nell'attività oscillatoria. I ricercatori hanno ristretto questo numero a una dozzina di 'geni fulcro' che sembravano controllare reti geniche separate.


Successivamente, i ricercatori hanno esaminato l'attività di questi geni fulcro in tipi di cellule separati all'interno dei campioni. , Hanno scoperto con sorpresa che molti di questi fulcri non erano attivi nelle cellule nervose, ma in una diversa popolazione di cellule chiamate 'glia'. Queste cellule forniscono supporto e protezione alle cellule nervose, compresa la produzione dello strato grasso che isola le cellule nervose, in modo che possano trasmettere in modo efficiente i segnali elettrici.


Infine, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata ATAC-seq, che identifica le aree del DNA aperte perché le molecole chiamate fattori di trascrizione possano attaccarsi e attivare i geni. Usando questo approccio, sono arrivati allo SMAD3, un gene che sembra fungere da regolatore principale che controlla l'attività di molti geni fulcro e i geni che a loro volta controllano.


La Konopka e Lega notano che molti dei geni identificati come importanti nelle oscillazioni neurali umane sono stati collegati ad altri disturbi che possono influenzare l'apprendimento e la memoria, come il disturbo dello spettro dell'autismo, il disturbo da deficit di attenzione e iperattività, il disturbo bipolare e la schizofrenia.


Con ulteriori ricerche su questi geni e sulle reti che operano all'interno, potrebbe essere possibile puntare i geni selezionati con farmaci che migliorano la memoria negli individui con queste e altre condizioni, dicono i ricercatori.


"Questo ci dà un punto di partenza", afferma la Konopka, ricercatrice di autismo. "È qualcosa su cui possiamo concentrarci per saperne di più su cosa sottende la memoria umana".

 

 

 


Fonte: UT Southwestern Medical Center (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Stefano Berto, Miles Fontenot, Sarah Seger, Fatma Ayhan, Emre Caglayan, Ashwinikumar Kulkarni, Connor Douglas, Carol Tamminga, Bradley Lega, Genevieve Konopka. Gene-expression correlates of the oscillatory signatures supporting human episodic memory encoding. Nature Neuroscience, 2021, DOI

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