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Shootin1a, il collegamento mancante alla base di apprendimento e memoria
I ricercatori del Nara Institute of Science and Technology (NAIST) in Giappone hanno scoperto che la proteina shootin1a è cruciale per consentire alle spine dendritiche di cambiare dimensione, un processo importante alla base dell'apprendimento e della memoria.
Le immagini a fluorescenza in sequenza delle spine dendritiche (A) e i cambiamenti di volume nel tempo (B) dei neuroni ippocampali in cultura. Le spine sono state stimolate dall'applicazione locale del neurotrasmettitore glutammato per 30 secondi (asterischi rossi), che ha indotto il loro rapido ingrandimento persistente per più di 30 minuti (frecce blu, in alto). La sotto-regolazione di shootin1A inibiva molto l'ingrandimento delle spine (centro). Poi la riaggiunta di shootin1a ha impedito la riduzione dell'allargamento delle spine (frecce blu, fondo), indicando così che la shootin1a ha un ruolo essenziale nella plasticità strutturale delle spine.
Si ritiene che, nei neuroni, i cambiamenti delle dimensioni delle spine dendritiche (piccole sporgenze cellulari coinvolte nella trasmissione sinaptica) siano un meccanismo chiave alla base dell'apprendimento e della memoria. Tuttavia, il modo specifico in cui si verificano questi cambiamenti strutturali era ancora sconosciuto.
In uno studio pubblicato su Cell Reports, ricercatori del NAIST hanno rivelato che per questo processo di plasticità strutturale è vitale che molecole di adesione cellulare si leghino all'actina, attraverso una proteina di collegamento nella dorsale strutturale delle sinapsi.
Le proteine di actina costituiscono una parte importante della struttura di una cellula (citoscheletro) e permettono i cambiamenti dinamici in questa struttura formando microfilamenti quando è richiesta crescita o movimento. In origine si pensava che la polimerizzazione dell'actina fosse tutto ciò che era necessario alle spine dendritiche per cambiare le dimensioni in risposta all'attivazione sinaptica, ma i ricercatori del NAIST hanno scoperto che questo processo da solo non è sufficiente per la plasticità strutturale e ha deciso di affrontare questo problema.
"I modelli attuali di plasticità strutturale nelle spine dendritiche non prendono in considerazione la forza meccanica", afferma Naoyuki Inagaki, autore senior. "Avevamo già identificato il ruolo della shootin1a, una proteina coinvolta nello sviluppo neuronale, nella crescita degli assoni, e quindi volevamo indagare se questa proteina può anche avere un ruolo nella plasticità strutturale delle spine dendritiche".
Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno usato i neuroni di controllo e dei roditori senza shootin1a per capire se la shootin1a è coinvolta nella formazione delle spine dendritiche. I ricercatori volevano determinare se la forza meccanica è generata nelle spine dendritiche dall'accoppiamento mediato da shootin1a tra actina e molecole di adesione (proteine della superficie cellulare che vincolano insieme le cellule nelle sinapsi), come avevano osservato negli assoni.
"I risultati sono chiari", spiega Inagaki. "Abbiamo scoperto che la shootin1a lega meccanicamente l'actina polimerizzante con le molecole di adesione cellulare nelle spine dendritiche, e abbiamo svelato che l'attività sinaptica migliora questo accoppiamento, consentendo così ai filamenti di actina di spingersi contro le membrane e ingrandire le spine".
Questo studio è il primo a collegare la forza meccanica con la plasticità delle spine dendritiche dipendente dall'attività sinaptica, e fornisce nuove informazioni sui meccanismi della plasticità strutturale in queste spine.
Dato che i cambiamenti nella plasticità delle spine dendritiche dipendente dall'attività sono stati implicati in molteplici disordini neuropsichiatrici e neurodegenerativi, incluso il disturbo dello spettro dell'autismo e l'Alzheimer, questi risultati sono importanti perché suggeriscono che i problemi della shootin1a possono portare allo sviluppo di disturbi neurologici. Studi futuri su questo meccanismo della plasticità strutturale nelle spine dendritiche potrebbero fornire nuovi obiettivi di farmaci per questi disturbi.
Fonte: Nara Institute of Science and Technology (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Ria Fajarwati Kastian, Takunori Minegishi, Kentarou Baba, Takeo Saneyoshi, Hiroko Katsuno-Kambe, Singh Saranpal, Yasunori Hayashi & Naoyuki Inagaki. Shootin1a-mediated actin-adhesion coupling generates force to trigger structural plasticity of dendritic spines. Cell Reports, 18 May 2021, DOI
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