Nell'orchestra del cervello, lo sparo di ogni neurone è controllato da due note (eccitatorie o inibitorie) che provengono da due forme distinte di una struttura cellulare chiamata sinapsi. Le sinapsi sono essenzialmente le connessioni tra i neuroni, dove si trasmettono le informazioni da una cellula all'altra. Le armonie sinaptiche si uniscono per creare la musica più raffinata, almeno per la maggior parte del tempo.

Quando la musica diventa dissonante e una persona riceve la diagnosi di una malattia del cervello, gli scienziati di solito guardano alle sinapsi tra i neuroni per determinare cosa è andato storto. Ma un nuovo studio di neuroscienziati della Duke University suggerisce che sarebbe più utile esaminare il direttore d'orchestra in guanti bianchi: gli astrociti.

Gli astrociti sono cellule a forma di stella che formano la struttura, tipo colla, del cervello. Sono un tipo di cellule chiamate glia, che in greco significa 'colla'. Gli astrociti, che si era scoperto essere al controllo delle sinapsi eccitatorie, sono ora state coinvolte (da un gruppo di ricercatori della Duke) anche nella regolazione delle sinapsi inibitorie, legandosi ai neuroni attraverso una molecola di adesione chiamata NrCAM.

Gli astrociti protendono tentacoli molto sottili verso la sinapsi inibitoria, e quando la raggiungono, vi aderiscono attraverso la NrCAM. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature l'11 novembre.

“Abbiamo scoperto che gli astrociti sono direttori che orchestrano le note che compongono la musica del cervello”, ha detto Scott Soderling PhD, preside del Dipartimento di Biologia Cellulare della Duke e autore senior della ricerca.

Le sinapsi eccitatorie (l'acceleratore del cervello) e quelle inibitorie (i freni del cervello) erano ritenute in precedenza gli strumenti più importanti nel cervello. Troppa eccitazione può portare all'epilessia, troppa inibizione può portare alla schizofrenia, e uno squilibrio tra i due tipi può portare all'autismo.

Tuttavia, questo studio dimostra che gli astrociti dirigono lo spettacolo nella funzione generale del cervello, e potrebbero essere obiettivi importanti per le terapie cerebrali, ha detto la co-autrice senior Cagla Eroglu PhD, professoressa associata di biologia cellulare e neurobiologia. La Eroglu è una esperta mondiale negli astrociti e il suo laboratorio ha scoperto nel 2017 come gli astrociti inviano i loro tentacoli e si connettono alle sinapsi.

“Molte volte gli studi che indagano sugli aspetti molecolari dello sviluppo del cervello e delle malattie, studiano le funzioni dei geni o la funzione molecolare nei neuroni, oppure considerano che solo i neuroni sono le cellule primarie ad essere interessate”, ha detto la Eroglu. “Tuttavia, qui abbiamo dimostrato che cambiando semplicemente l'interazione tra astrociti e neuroni, in particolare manipolando gli astrociti, abbiamo alterato drasticamente anche il cablaggio dei neuroni”.

Soderling e la Eroglu collaborano spesso scientificamente, e hanno ideato il piano del progetto tra un caffè e i pasticcini. Il piano era quello di applicare un metodo proteomico elaborato nel laboratorio di Soderling, e ulteriormente sviluppato dal suo socio postdottorato Tetsuya Takano, che è il primo autore della ricerca.

Takano ha progettato un nuovo metodo che permette agli scienziati di usare un virus per inserire un enzima nel cervello di un topo, marcando le proteine ​​che collegano astrociti e neuroni. Una volta marcate con questa etichetta, gli scienziati hanno potuto cogliere le proteine nel tessuto cerebrale e usare l'impianto di spettrometria di massa della Duke per identificare la molecola di adesione NrCAM.

Quindi Takano ha collaborato con Katie Baldwin, un'associata post-dottorato del laboratorio della Eroglu, per eseguire i test che hanno determinato il ruolo della molecola di adesione NrCAM nella connessione tra astrociti e sinapsi inibitorie. Insieme, i laboratori hanno scoperto che la NrCAM era un anello mancante che controlla come gli astrociti influenzano le sinapsi inibitorie, dimostrando che [gli atrociti] influenzano tutte le ‘note’ ​​del cervello.