Ricerche

Le proteine all'interno dei neuroni sono separate fisicamente. Fonte: Tyler Ogunmowo e Shigeki Watanabe

I ricercatori della Johns Hopkins Medicine affermano di aver trovato inaspettatamente nuove informazioni sul ruolo speciale di una proteina nel permettere alle cellule cerebrali di comunicare al momento e al posto giusto, in esperimenti con topi geneticamente modificati.

La scoperta sulla proteina intersectina, dicono, fa avanzare la comprensione scientifica di un processo chiave per il modo in cui il cervello dei mammiferi forma ricordi e impara, e può aiutare a far avanzare i trattamenti per i disturbi cognitivi tra cui la sindrome di Down, l'Alzheimer e la malattia di Huntington.

In particolare, nello studio pubblicato su Nature Neuroscience, i ricercatori hanno scoperto che l'intersectina mantiene le piccole bolle porta-messaggi all'interno delle cellule cerebrali in una posizione particolare, fino a quando non sono pronte per essere rilasciate e attivare una cellula cerebrale vicina. La proteina lo fa creando un confine fisico tra queste bolle, proprio come l'olio resta separato dall'acqua.

Il trasferimento dei messaggi da una cellula cerebrale alla successiva è la chiave per l'elaborazione delle informazioni, l'apprendimento e la formazione di ricordi. Le bolle, le vescicole sinaptiche, sono alloggiate all'interno della sinapsi, il punto di connessione dove comunicano le cellule cerebrali. Nelle sinapsi tipiche all'interno del cervello dei mammiferi, 300 vescicole sinaptiche sono raggruppate insieme nell'intersezione tra due cellule cerebrali, ma solo alcune di queste vescicole vengono usate per tale trasferimento di messaggi, affermano i ricercatori. Individuare il modo in cui una sinapsi sa quali vescicole usare è da tempo un obiettivo di ricerca di coloro che studiano la biologia e la chimica del pensiero.

"Abbiamo scoperto che queste minuscole bolle hanno un dominio distinto dove vogliono essere", afferma Shigeki Watanabe PhD, professore associato di biologia cellulare della Johns Hopkins Medicine, che ha guidato la ricerca. "Mantenerle in posizioni particolari all'interno di una sinapsi consente al cervello di decidere come e quando usarle mentre pensa ed elabora le informazioni".

Nel tentativo di comprendere meglio il funzionamento di queste vescicole sinaptiche, Watanabe e il suo team hanno progettato uno studio che si è concentrato per la prima volta sull'endocitosi, un processo per cui le cellule cerebrali riciclano le vescicole sinaptiche dopo averle usate per la comunicazione neuronale. Già consapevoli del ruolo generale dell'Intersectina nell'endocitosi e nella comunicazione neuronale, gli scienziati hanno progettato geneticamente dei topi perché mancassero del gene che codifica l'intersectina.

Tuttavia, e in qualche modo con sorpresa, Watanabe afferma che la rimozione della proteina non sembrava fermare l'endocitosi nelle cellule cerebrali. Il team di ricerca ha rifocalizzato gli esperimenti, osservando più da vicino le vescicole sinaptiche stesse. Usando un microscopio a fluorescenza ad alta risoluzione per osservare dove si trova l'intersectina in una sinapsi, i ricercatori l'hanno trovata tra le vescicole che vengono usate per la comunicazione neuronale e quelle che non lo fanno, come se le stesse separando fisicamente.

Per comprendere ulteriormente il ruolo dell'intersectina in questa posizione, hanno usato un microscopio elettronico per visualizzare le vescicole sinaptiche in azione in spazi di un miliardo di metro. In tutte le cellule nervose dei topi privi di questa proteina, gli scienziati affermano che le vescicole sinaptiche vicine alla membrana erano assenti dalla zona di rilascio della sinapsi, il luogo in cui le bolle si scaricheranno verso i neuroni vicini.

"Ciò ha suggerito che l'intersectina regola il rilascio, piuttosto che il riciclaggio, di queste vescicole in questa posizione della sinapsi", afferma Watanabe.

Usando una tecnica chiamata microscopia zap e freeze, gli scienziati hanno stimolato i neuroni nel cervello dei topi per cogliere il movimento delle vescicole sinaptiche su una scala temporale di millisecondi e con una risoluzione a nanometri. Nei topi normali, gli scienziati hanno visto le vescicole fondersi con la membrana delle cellule cerebrali entro un millisecondo dalla stimolazione. Quindi, arrivavano nuove vescicole sinaptiche e riempivano i siti di rilascio liberi della sinapsi entro circa 15 millisecondi.

In due linee geneticamente ingegnerizzate di topi, una priva di intersectina e un'altra priva della proteina endofilina, che si lega all'intersectina, le nuove vescicole non riuscivano ad essere reclutate nei siti di rilascio liberati. Allo stesso modo, anche le vescicole all'interno delle cellule nervose dei topi con mutazioni che bloccavano l'interazione tra queste due proteine, hanno rallentato il rifornimento locale delle vescicole sinaptiche porta-informazioni da un neurone all'altro.

"Quando le informazioni vengono elaborate nel cervello, questo processo di rifornimento deve avvenire in pochi millisecondi", afferma Watanabe. "Quando non hai le vescicole sul posto e pronte per andare nei siti di rilascio o nelle zone attive, la neurotrasmissione non può continuare".

Nelle ricerche future, gli scienziati affermano di mirare a capire meglio come l'intersectina trasferisce nuove vescicole sinaptiche sui siti di rilascio.