Ricerche

Negli adulti, alcune aree cerebrali mantengono la capacità “infantile” di stabilire nuove connessioni, contribuendo potenzialmente alla nostra capacità di apprendere nuove competenze e formare nuovi ricordi quando invecchiamo, secondo una nuova ricerca dalla Washington University School of Medicine di St. Louis e dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle.

Gli scienziati sono arrivati a questo risultato confrontando i livelli di attività genica nelle diverse regioni del cervello. Essi hanno identificato le regioni del cervello adulto dove hanno maggiori livelli di attività i geni legati alla costruzione di nuove connessioni tra le cellule. Gli stessi geni sono molto attivi anche nel cervello giovane, per cui i ricercatori hanno chiamato «infantile» questo modello di attività genica.

“Sapevamo già che il cervello umano adulto ha in generale una maggiore attività in questi geni, rispetto ad altre specie strettamente correlate, compresi scimpanzé e scimmie”, ha detto il primo autore Manu S. Goyal, MD, docente di neuroradiologia alla Washington University. “I nostri nuovi risultati collegano questa attività ad una forma di produzione di energia conosciuta per la sua utilità nella costruzione di strutture biologiche, come le nuove ramificazioni delle cellule nervose necessarie per aggiungere connessioni nel cervello”. Gli scienziati ritengono che i nuovi collegamenti tra le cellule del cervello aiutino a codificare nuovi ricordi e competenze per molto tempo dopo che il cervello smette di crescere. Lo studio è comparso il 7 gennaio su Cell Metabolism.

Diversi anni fa, l'autore senior Marcus Raichle, MD, professore di radiologia, psicologia, neurologia, neurobiologia e ingegneria biomedica, stava indagando il consumo vorace nel cervello di zucchero e ossigeno per produrre energia e per attivare altre funzioni, quando si accorse che alcune aree del cervello consumano lo zucchero a tassi eccezionalmente elevati. Lui ed i suoi colleghi hanno successivamente dimostrato che questo dipendeva dall'impegno intenso di queste regioni in un processo di produzione di energia alternativa chiamato «glicolisi aerobica».

“La glicolisi aerobica sembra essere la forma di consumo di zucchero favorita delle cellule tumorali e di altre cellule in rapida crescita”, ha detto Goyal. “Questo ci ha indotti a chiederci se le regioni del cervello che utilizzano la glicolisi aerobica sono anche quelle che hanno l’attività più infantile dei geni, vale a dire quelle che contribuiscono a formare nuove connessioni delle cellule del cervello”.

Per il nuovo studio, Raichle ha collaborato con Michael Hawrylycz, PhD, scienziato dell’Istituto Allen for Brain Science che ha creato l'Atlante Allen del Cervello Umano, una banca dati che dettaglia l’attività dei geni in diverse parti del cervello e in persone di età diverse. Quando i ricercatori hanno usato l’atlante per esaminare l’attività dei geni nelle regioni del cervello con alti tassi di glicolisi aerobica, hanno scoperto che queste regioni hanno l’attività dei geni più infantile rispetto ad altre regioni del cervello. Essi hanno inoltre identificato più di 100 geni che sono sempre più attivi in queste regioni rispetto ad altre.

Nell'ambito dello studio, Goyal ha anche analizzato i dati provenienti da ricerche precedenti di altri scienziati per dimostrare che c'è maggiore glicolisi aerobica in tutto il cervello nei bambini piccoli. “Nel cervello adulto, la glicolisi aerobica rappresenta circa il 10/12 per cento del consumo totale di zucchero”, ha detto. “Nei bambini, la glicolisi aerobica rappresenta il 30/40 per cento di utilizzo complessivo di zucchero”.

La glicolisi aerobica è meno efficiente per la produzione di energia rispetto alla glicolisi ossidativa, il metodo alternativo che usa ossigeno e zucchero. Ma gli scienziati pensano che il primo sia una fonte migliore di energia per una crescita rapida. “Anche negli adulti, ci sono parti del cervello che sono ancora in rapida evoluzione e adattamento, e questo è probabilmente il motivo per cui la glicolisi aerobica continua ad essere usato nel cervello adulto”, ha detto Goyal.

I ricercatori ora stanno studiando se i problemi legati alle cellule cerebrali specifiche che utilizzano la glicolisi aerobica contribuiscano ai problemi di sviluppo neurologico, quali l'autismo o il ritardo mentale o alle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer.

“La capacità di supportare le esigenze metaboliche delle cellule cerebrali adulte per creare nuove connessioni potrebbe essere importante un giorno per il trattamento di lesioni cerebrali e di malattie neurodegenerative”, ha spiegato Goyal. “Abbiamo molto lavoro da fare, ma questa è una scoperta intrigante”.

Fonte: Washington University in St. Louis.

Riferimenti: Goyal MS, Hawrylycz M, Miller JA, Snyder AZ, Raichle ME. Aerobic glycolysis in the human brain is associated with development and neotenous gene expression. Cell Metabolism, Volume 19, Issue 1, 49-57, 7 January 2014, DOI: 10.1016/j.cmet.2013.11.020

Pubblicato da Michael C. Purdy in  news.wustl.edu (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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