Ricerche

Le cellule immunitarie conosciute come microglia, che a lungo si è ritenuto si attivassero nel cervello solo per combattere infezioni o lesioni, sono costantemente attive e possono svolgere un ruolo centrale in uno dei fenomeni più fondamentali e centrali nel cervello - la creazione e l'eliminazione delle sinapsi.

La scoperta, riportata nel numero del 2 novembre di PLoS Biology, catapulta l'umile cellula microglia dal suo dovere ben riconosciuto di proteggere il cervello, a un coinvolgimento diretto nella creazione di reti cellulari alla base del comportamento del cervello. Il suo ruolo evidente di architetto di sinapsi - giunzioni tra le cellule cerebrali chiamate neuroni - si presenta come una sorpresa per i ricercatori a lungo abituati a pensare come le cellule della microglia concentrate esclusivamente su come mantenere il cervello al sicuro da minacce.

"Quando gli scienziati parlano di microglia, si parla quasi sempre di malattia. Il nostro lavoro suggerisce che la microglia pouò contribuire attivamente all'apprendimento e alla memoria nel cervello sano, che è qualcosa che nessuno si aspettava," ha detto Ania Majewska, Ph.D., il neuroscienziato presso la University of Rochester Medical Center che ha guidato il lavoro.

Il documento del gruppo è una visuale molto dettagliata su come le cellule cerebrali interagiscono tra loro e reagiscono rapidamente al loro ambiente, giungendo costantemente a formare nuovi legami o ad abolire le connessioni.

L'autore principale, Marie-Ève Tremblay, Ph.D., un associato di post-dottorato nel laboratorio Majewska's, ha utilizzato due tecniche di imaging sofisticate per ottenere una visione senza precedenti della microglia nel cervello. Ha usato la immunomicroscopia e la microscopia a doppio fotone per guardare come la microglia interagisce con le sinapsi nel cervello dei topi sani quando muta il loro ambiente. Negli esperimenti, gli scienziati hanno esaminato il cervello, mentre i topi erano nel normale ciclo di luce e buio; mentre i topi erano al buio per diversi giorni, e di nuovo quando l'animale è tornato ad un normale ciclo luce/buio.

Il team di Rochester ha scoperto un alto livello di attività nella microglia in risposta ai cambiamenti visivi che i topi vivevano. Anche se gli scienziati dicono spesso che la microglia, che non sta combattendo attivamente una lesione o un'infezione, è "a riposo", gli scienziati hanno scoperto che, anche in circostanze normali, non c'è riposo per la microglia.

"Perché è così dinamica la microglia? Che cosa sta contattando, e perché, anche quando non c'è alcun danno?" si è chiesta Tremblay. "L'idea che le cellule immunitarie siano sempre attive nel nostro cervello, contribuendo al processo di apprendimento e memoria, sfida realmente le attuali opinioni sul cervello."

In particolare, gli scienziati hanno scoperto che la microglia cambia la sua attività in risposta all'ambiente. In mancanza di luce, le cellule microglia contattavano più sinapsi, avevano maggiori probabilità di raggiungere un particolare tipo di sinapsi, tendevano ad essere più grandi, e tendenzialmente più pronte a distruggere una sinapsi. Quando le luci si riaccendevano, la maggior parte di tali attività veniva invertita.

"Il fatto che la microglia possa cambiare il comportamento sulla base di un input visivo è un'impresa notevole per una cella il cui ruolo apparentemente è concentrato solo su lesioni cerebrali e malattie. Solo il fatto che la microglia possa percepire che qualcosa è cambiato nell'ambiente è una nuova idea", ha detto Majewska, che è professore assistente presso il Dipartimento di Neurobiologia e Anatomia.

Il team ha evidenziato come la microglia invia le proprie estensioni, che sono come tentacoli, continuamente, puntando spesso alle sinapsi. Nella corso del video dei loro esperimenti, la microglia danza letteralmente attraverso lo schermo, inviando le sue estensioni, in questo modo e per tutto il cervello, costantemente. Le cellule sono anche conosciute per viaggiare in modo notevolmente veloce attraverso l'ambiente molto denso e contorto del cervello, viaggiando forse a due milionesimi di metro in un minuto, una velocità notevole su scala molecolare.

Tremblay e Majewska hanno dimostrato che la microglia tocca e si avvolge intorno alle sinapsi continuamente e può avere una qualche voce in capitolo nel decidere quale sinapsi sopravviverà e quale scomparirà. Le cellule microglia appaiono anche la chiave per creare o modificare lo spazio extracellulare attorno alle sinapsi, un fattore che potrebbe influenzare profondamente la funzione delle sinapsi.

Il team ha anche trovato indicazioni che la microglia può essere coinvolta nella distruzione di sinapsi attraverso un processo noto come fagocitosi. La microglia ha avuto ampie interazioni con piccole strutture a forma di lecca-lecca chiamate spine (o ramificazioni) dendritiche, che sono essenziali per la capacità di un neurone di connettersi con altre cellule nervose che trasmettono segnali eccitatori. Eliminare le spine dendritiche è un modo per distruggere le sinapsi.

Gli scienziati hanno scoperto che le spine dendritiche toccate da processi microgliali durante la prima sessione di imaging di Tremblay avevano più di tre volte probabilità di essere eliminate entro i successivi due giorni rispetto alle altre spine. E la microglia ha interagito più spesso con le spine dendritiche più piccole, che generalmente indicano sinapsi che sono nella fase iniziale di formazione o che possono facilmente essere rotte.

La ricerca aiuta la microglia spostarsi verso l'alto nel pantheon delle cellule cerebrali note per influenzare le segnalazioni del cervello. Anni fa, si pensava che le segnalazione nel cervello fossero dominio esclusivo dei neuroni. Nel corso degli ultimi due decenni, gli scienziati hanno scoperto che anche gli astrociti hanno vaste reti di segnalazione. Ora, anche la microglia sembra essere un giocatore importante nella capacità del cervello di adattarsi immediatamente e costantemente all'ambiente e di spostare le sue risorse di conseguenza.

"I risultati sono stati tempestivi per gli scienziati che stanno studiando sempre più collegamenti tra i sistemi nervoso e immunitario", ha detto Tremblay. Il ruolo delle cellule microgliali è visto in una serie di condizioni, tra cui il Parkinson e l'Alzheimer, la schizofrenia, il disturbo ossessivo-compulsivo e persino l'autismo.

Nota del redattore: Questo articolo non è destinato a fornire consigli medici, diagnosi o terapia.

ScienceDaily, 3 novembre 2010