Ricerche

Microfotografia fluorescente dei neuroni: le macchie verdi mostrano una proteina sinaptica specializzata e quelle rosse mostrano l'actina, la proteina polimerica che forma microfilamenti ed è un componente importante nel citoscheletro. (Fonte: Adam Wegner, Webb Lab / Vanderbilt)Ogni volta che si produce un ricordo, da qualche parte nel cervello un piccolo filamento esce fuori da un neurone e forma un collegamento elettrochimico con un neurone vicino.

Un team di biologi della Vanderbilt University, diretto dal professore associato di Scienze Biologiche Donna Webb, sta studiando come si formano queste connessioni a livello molecolare e cellulare.

I filamenti che producono questi nuovi collegamenti si chiamano «spine dendritiche» e, in una serie di esperimenti descritti nell'edizione del 17 aprile del Journal of Biological Chemistry, i ricercatori riferiscono che una specifica proteina di segnalazione (Asef2, che fa parte della famiglia di proteine ​​che regolano la migrazione e l'adesione delle cellule) ha un ruolo fondamentale nella formazione delle spine. Ciò è significativo perché l'Asef2 è stata collegata all'autismo e alla co-insorgenza di dipendenza da alcol e depressione.

"Le alterazioni delle spine dendritiche sono associate a molti disturbi neurologici e dello sviluppo, come l'autismo, l'Alzheimer e la sindrome di Down", ha detto la Webb. "Tuttavia, la formazione e il mantenimento delle spine è un processo molto complesso che stiamo appena ora cominciando a capire".

I corpi cellulari dei neuroni producono due tipi di fibre lunghe che si diffondono nel cervello: dendriti e assoni. Gli assoni trasmettono segnali elettrochimici dal corpo cellulare di un neurone ai dendriti di un altro neurone. I dendriti ricevono i segnali in arrivo e li portano al corpo cellulare. Questo è il modo in cui i neuroni comunicano tra loro.

Microfoto fluorescente dei neuroni che mostra i filopodi protendersi da un dendrite. (Fonte: Webb Lab / Vanderbilt)

Mentre aspettano i segnali in entrata, i dendriti producono continuamente minuscoli filamenti flessibili chiamati «filopodi» (filopodia in Inglese). Questi spuntano dalla superficie del dendrite e si insinuano nell'area tra le cellule alla ricerca di assoni. Allo stesso tempo, i biologi ritengono che gli assoni secernano sostanze chimiche di natura sconosciuta per attrarre i filopodi.

Quando uno dei filamenti dendritici arriva a contatto con uno degli assoni, inizia ad aderire e a sviluppare una spina. L'assone e la spina formano le due metà di una giunzione sinaptica. Nuove connessioni di questo tipo costituiscono la base per la formazione e l'archiviazione dei ricordi.

L'autismo è stato associato a spine immature, che non si connettono correttamente con gli assoni per formare nuove giunzioni sinaptiche. Tuttavia, una riduzione delle spine è caratteristica dei primi stadi dell'Alzheimer, il che può aiutare a spiegare perché le persone con questa malattia hanno difficoltà a formare nuovi ricordi.

La formazione di spine è guidata dall'«actina», una proteina che produce microfilamenti e fa parte del citoscheletro. La Webb ed i suoi colleghi hanno dimostrato che l'Asef2 promuove la formazione di spine e sinapsi attivando un'altra proteina chiamata Rac, nota per regolare l'attività dell'actina. Hanno inoltre scoperto che un'altra proteina (spinofilina) recluta l'Asef2 e la guida a specifiche spine.

"Una volta capiti i meccanismi coinvolti, potremmo trovare farmaci in grado di ripristinare la capacità di formare spine nelle persone che l'hanno perduta, ripristinando forse la capacità di ricordare", ha affermato la Webb.

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Co-autori dello studio sono gli studenti laureati J. Corey Evans e Cristina Robinson e lo studioso postdottorato Mingjian Shi del Dipartimento di Scienze Biologiche e del Kennedy Center per la ricerca sullo sviluppo umano. La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health e dal National Center for Research Resources.

Fonte: David Salisbury in Vanderbilt University (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  J. Corey Evans, Cristina M. Robinson, Mingjian Shi, Donna J. Webb. The Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF) Asef2 Promotes Dendritic Spine Formation via Rac Activation and Spinophilin-dependent Targeting. Journal of Biological Chemistry, 2015; 290 (16): 10295 DOI: 10.1074/jbc.M114.605543

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