Ricerche

La proteina ERRγ è visibile come macchie rosse nell'ippocampo, l'area del cervello responsabile della memoria (Fonte: Salk Institute for Biological Studies)Proprio come alcune persone sembrano fatte per correre la maratona e hanno più facilità a percorrere chilometri senza stancarsi, altri sono nati con un talento per ricordare le cose, dalle tabelline ai fatti più banali.

Si scopre ora che queste due abilità (correre e memorizzare) non sono così diverse.

Scienziati e collaboratori del Salk Institute hanno scoperto che le attività fisiche e mentali si basano su una singola proteina metabolica che controlla il flusso di sangue e i nutrienti di tutto il corpo, e lo riferiscono sulla rivista Cell Metabolism.

Il nuovo studio potrebbe suggerire potenziali trattamenti nella medicina rigenerativa e dello sviluppo, come pure i mezzi per affrontare i difetti di apprendimento e memoria.

"Stiamo parlando di come ottenere energia dove serve, nelle «centrali energetiche» del corpo", dice Ronald Evans, direttore del Gene Expression Laboratory del Salk e autore senior della nuova ricerca, pubblicata il 7 aprile 2015. "Il cuore e i muscoli hanno bisogno di un impulso di energia per supportare l'esercizio fisico, e i neuroni hanno bisogno di un impulso di energia per formare nuovi ricordi".

Gli scienziati hanno scoperto che l'energia per i muscoli e il cervello è controllata da una singola proteina chiamata «recettore gamma correlato agli estrogeni» (ERRγ). Il gruppo di ricerca di Evans ha già studiato il ruolo dell'ERRγ nel cuore e nei muscoli scheletrici. Nel 2011, hanno scoperto che, favorendo l'attività dell'ERRγ nel muscolo di topi sedentari, aumenta l'afflusso di sangue ai muscoli e la loro capacità di funzionamento raddoppia. Hanno continuato dimostrando che L'ERRγ accende tutta una serie di geni muscolari che convertono i grassi in energia.

Quindi l'ERRγ si è fatta conoscere come interruttore principale metabolico che energizza i muscoli per migliorare le prestazioni. Anche se altri studi avevano dimostrato che l'ERRγ era attiva anche nel cervello, i ricercatori non avevano capito il motivo: il cervello brucia zuccheri e l'ERRγ si è in precedenza dimostrata in grado di bruciare solo grassi. Così il team ha deciso di guardare più da vicino ciò che sta facendo la proteina nelle cellule cerebrali.

Osservando inizialmente neuroni isolati, Liming Pei (co-autore principale corrispondente della ricerca) ha scoperto che, come nei muscoli, l'ERRγ attiva decine di geni metabolici nelle cellule cerebrali. Questa attivazione si lega inaspettatamente allo zucchero invece che ai grassi. I neuroni senza ERRγ non possono far decollare la produzione di energia e quindi hanno prestazioni compromesse. "Abbiamo ipotizzato che l'ERRγ facesse la stessa cosa in tutto il corpo", spiega Evans. "Ma abbiamo capito che nel cervello è diverso". L'ERRγ, conclude, attiva percorsi brucia-grassi nei muscoli e percorsi brucia-zucchero nel cervello.

Evans ed i suoi collaboratori hanno notato che l'ERRγ nei topi viventi è più attivo nell'ippocampo (un'area del cervello attiva nella produzione di nuove cellule cerebrali), che è coinvolto nell'apprendimento e nella memoria, e che sappiamo richiedere molta energia. Si sono chiesti quindi se l'ERRγ avesse un ruolo diretto nell'apprendimento e nella memoria. Studiando i topi privi di ERRγ nel cervello, hanno trovato un collegamento.

Anche se i topi senza la proteina avevano vista, movimento e equilibrio normali, erano più lenti a imparare a nuotare in un labirinto acquatico e più scadenti nel ricordare il labirinto nelle successive prove, rispetto ai topi con livelli normali di ERRγ.

"Quello che abbiamo scoperto è che i topi senza ERRγ di fondo apprendono in modo molto lento", dice Pei. Egli ipotizza che livelli diversi di ERRγ potrebbero anche essere alla base delle differenze tra il modo di imparare dei singoli esseri umani. "Tutti possono imparare, ma alcune persone apprendono e memorizzano in modo più efficiente rispetto ad altri, e ora pensiamo che questo possa essere legato a cambiamenti nel metabolismo cerebrale".

Una migliore comprensione del metabolismo dei neuroni potrebbe indicare la strada verso migliori trattamenti per i disturbi dell'apprendimento e dell'attenzione. E forse, stimolare la crescita dei livelli di ERRγ potrebbe anche migliorare l'apprendimento, allo stesso modo in cui migliora la funzione muscolare.

"Quello che abbiamo dimostrato è che i ricordi sono realmente costruiti su un ponteggio metabolico", spiega Evans. "E noi pensiamo che se si vuole capire l'apprendimento e la memoria, è necessario comprendere i circuiti che sono alla base e alimentano questo processo".

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Altri ricercatori dello studio sono Yangling Mu, Mathias Leblanc, William Alaynick, Matthew Pankratz, Tiffany W. Tseng, Samantha Kaufman, Ruth T. Yu, Michael Downes, Samuel L. Pfaff, e Fred H. Gage, tutte del Salk Institute for Biological Studies; Liming Pei della University of Pennsylvania; Grant D. Barish della Northwestern University; Christopher Liddle della University of Sydney; e Johan Auwerx della Ecole Polytechnique Federale de Lausanne.

Il lavoro è stato finanziato dallo Howard Hughes Medical Institute, dai National Institutes of Health, dal Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, dalla Ellison Medical Foundation e dalla Glenn Foundation for Medical Research, dal Children's Hospital of Philadelphia e dal Penn Medicine Neuroscience Center.

Fonte: Salk Institute for Biological Studies (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Ronald M. Evans et al. Dependence of Hippocampal Function on ERRγ-Regulated Mitochondrial Metabolism. Cell Metabolism, April 2015 DOI: 10.1016/j.cmet.2015.03.004

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