Ricerche

Con uno studio su topi e cellule, scienziati dell'UCL hanno identificato un meccanismo chiave che rileva quando il cervello ha bisogno di un ulteriore aumento di energia per supportare la sua attività.

Astrociti (Fonte: Alice Braga / UCL)

I ricercatori affermano che le loro scoperte, pubblicate su Nature, potrebbero informare nuove terapie per mantenere la salute e la longevità del cervello, visto che altri studi avevano scoperto che il metabolismo dell'energia cerebrale può essere compromesso in tarda età e contribuire al declino cognitivo e allo sviluppo delle malattie neurodegenerative.

L'autore senior, il professor Alexander Gourine (UCL Neuroscience, Physiology and Pharmacology), ha dichiarato:

“Il nostro cervello è costituito da miliardi di cellule nervose, che lavorano insieme coordinando numerose funzioni e svolgendo compiti complessi come il controllo del movimento, l'apprendimento e la formazione di ricordi. Tutto questo calcolo richiede molta energia e una fornitura ininterrotta di nutrienti e ossigeno.

“Quando il nostro cervello è più attivo, come quando svolgiamo un compito mentalmente impegnativo, il nostro cervello ha bisogno immediatamente di un sovrappiù di energia, ma i meccanismi esatti che garantiscono la fornitura locale di energia metabolica alle regioni cerebrali attive non erano ancora chiari".

Il dott. Shefeeq Theparambil, che ha iniziato lo studio mentre era all'UCL, prima di trasferirsi alla Lancaster Unviersity, ha dichiarato: "Le attività normali del cervello richiedono enormi quantità di energia, paragonabili a quella di un muscolo umano delle gambe che corre una maratona. L'energia deriva principalmente dalla glicemia".

Ricerche precedenti avevano dimostrato che numerose cellule cerebrali chiamate astrociti sembrano avere un ruolo nel fornire ai neuroni l'energia di cui hanno bisogno. Gli astrociti, cellule a forma di stella, sono un tipo di glia, cellule non neuronali che si trovano nel sistema nervoso centrale. Quando i neuroni vicini hanno bisogno di un aumento di energia, gli astrociti entrano in azione attivando rapidamente i propri depositi e il metabolismo del glucosio, portando ad un aumento della produzione e del rilascio di lattato. Il lattato integra l'energia che è subito disponibile per i neuroni nel cervello.

Il professor Gourine ha spiegato: "Nel nostro studio, abbiamo capito esattamente come gli astrociti riescono a monitorare l'uso di energia dalle cellule nervose vicine e danno il via a questo processo che offre ulteriore energia chimica a regioni cerebrali impegnate".

In una serie di esperimenti su topi modello e campioni di cellule, i ricercatori hanno identificato una serie di recettori specifici negli astrociti in grado di rilevare e monitorare l'attività neuronale e innescare un percorso di segnalazione che coinvolge una molecola essenziale chiamata adenosina. I ricercatori hanno scoperto che il percorso di segnalazione metabolica attivato dall'adenosina negli astrociti è esattamente lo stesso percorso che recluta le riserve di energia nei muscoli e nel fegato, ad esempio quando ci alleniamo.

L'adenosina attiva il metabolismo del glucosio degli astrociti e la fornitura di energia ai neuroni per garantire che la funzione sinaptica (neurotrasmettitori che passano i segnali di comunicazione tra le cellule) continui in condizioni di elevato consumo di energia o di riduzione dell'energia disponibile.

I ricercatori hanno scoperto che quando hanno disattivato i principali recettori degli astrociti nei topi, l'attività cerebrale dell'animale era meno efficace, compresa una compromissione significativa nel metabolismo cerebrale globale e della memoria e l'interruzione del sonno, dimostrando così che il percorso di segnalazione che hanno identificato è vitale per i processi come apprendimento, memoria e sonno.

Il dott. Theparambil ha dichiarato: "L'identificazione di questo meccanismo può avere implicazioni più ampie in quanto potrebbe essere un modo per curare le malattie cerebrali in cui l'energia cerebrale è sottoregolata, come la neurodegenerazione e la demenza".

Il professor Gourine ha aggiunto: “Sappiamo che l'omeostasi dell'energia cerebrale si compromette progressivamente nell'invecchiamento, e questo processo è accelerato durante lo sviluppo di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer. Il nostro studio identifica un bersaglio facilmente puntabile da farmaci e un'opportunità terapeutica per il salvataggio dell'energia cerebrale, allo scopo di proteggere la funzione cerebrale, mantenere la salute cognitiva e promuovere la longevità cerebrale".