Ricerche

Gli astrociti dell'ippocampo relasciano D-serina e glutammato per regolare la plasticità sinaptica e la flessibilità cognitiva.

Un astrocita tra un vaso capillare e un neurone, con alcune delle sue funzioni. Fonte: Cusabio

Albert Einstein ha detto: "La misura dell'intelligenza è la capacità di cambiare".

Visto che viviamo in un ambiente che cambia dinamicamente, è importante per il nostro cervello non solo imparare cose nuove ma anche modificare i ricordi esistenti, una capacità chiamata in genere 'flessibilità cognitiva'. Senza questa abilità, non saremmo in grado di adattarci all'ambiente alterato e saremmo vulnerabili a scelte sbagliate basate solo sui ricordi del passato.

Ricercatori del Center for Cognition and Sociality all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) di Daejeon/Corea del Sud, guidati dal direttore C. Justin Lee, hanno riferito che sono gli astrociti, cellule a forma di stella nel cervello, che regolano la flessibilità cognitiva. Nello specifico, hanno scoperto che la capacità degli astrociti di regolare simultaneamente, e di integrare, la plasticità delle sinapsi vicine, è importante per facilitare la flessibilità cognitiva.

Si pensa che la minore flessibilità cognitiva nei disturbi del cervello come l'autismo, la schizofrenia e le prime fasi dell'Alzheimer siano causate dalla ridotta funzione dei recettori N-metil-D-aspartato (NMDAR). Anche se i NMDAR sono recettori importanti per la plasticità sinaptica e sono attivati ​​da un certo numero di agonisti e co-agonisti, è rimasta controversa la fonte di uno dei co-agonisti, la D-serina.

Usando la regolazione genica specifica per astrocite, i ricercatori hanno dimostrato che gli astrociti possono effettivamente sintetizzare D-serina e rilasciarla attraverso il canale attivato dal calcio chiamato Best1. Combinato con le precedenti conoscenze che gli astrociti possono rilasciare il glutammato attraverso il Best1, il rilascio combinato di D-serina e glutammato indica che gli astrociti sono regolatori ideali dell'attività NMDAR e della plasticità sinaptica.

In particolare, i ricercatori dimostrano che la depressione a lungo termine (LTD) eterosinaptica, un fenomeno in cui le sinapsi inattive si indeboliscono quando le sinapsi vicine diventano attive, è mediata dagli astrociti ed è fondamentale per la flessibilità cognitiva.

"Poiché ogni astrocita è in contatto con oltre 100.000 sinapsi, gli astrociti possono controllare numerose sinapsi e integrare simultaneamente la plasticità sinaptica", ha affermato Wuhyun Koh, il primo autore di questo studio.

Nella ricerca, hanno studiato il topo modello senza Best1 (Best1 KO), che manca di LTD eterosinaptica a causa del tono ridotto di NMDAR. Nell'esperimento del labirinto d'acqua di Morris, dove i topi cercano di trovare una piattaforma nascosta, i topi Best1 KO hanno avuto risultati simili ai topi normali nella sessione iniziale di apprendimento. Tuttavia, quando la piattaforma è stata trasferita al lato opposto, i topi Best1 KO hanno dimostrato problemi a modificare la memoria.

È interessante notare che, quando il tono NMDAR è stato migliorato nei topi Best1 KO iniettando loro D-serina durante il periodo iniziale di apprendimento, la modifica della memoria si è ripristinata nell'esperimento successivo. Questa scoperta mostra che la flessibilità della memoria è determinata dal momento dell'impresa iniziale, che è cosa diversa dalla teoria proposta in precedenza che la plasticità sinaptica si verifica solo quando è necessaria la modifica della memoria.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che la norepinefrina e il suo recettore α1-AR possono attivare gli astrociti e causare il rilascio congiunto di D-serina e glutammato. Ciò implica che la flessibilità della memoria può essere determinata dal grado di concentrazione e di eccitazione durante il periodo di apprendimento.

Il direttore C. Justin Lee ha dichiarato:

"Gli studi precedenti si erano concentrati soprattutto sui cambiamenti provocati dagli stimoli in specifiche sinapsi. La scoperta di questo fenomeno, per cui i cambiamenti in una sinapsi possono indurre cambiamenti nelle sinapsi vicine durante l'apprendimento, mostra che scoprire cosa succede alle altre sinapsi è importante per capire il meccanismo di apprendimento e di formazione della memoria.

"Si spera che questo studio possa dare preziose intuizioni su come alleviare o curare i sintomi di autismo, schizofrenia e demenza precoce, che sono noti per ridurre la flessibilità cognitiva".