Ricerche

Un tipo di cellula abbondante nel cervello, a lungo considerata soprattutto roba che tiene insieme il cervello e spesso trascurata dagli scienziati più interessati alle cellule appariscenti conosciute come neuroni, esercita più potere nel cervello di quanto si sapeva, secondo una nuova ricerca pubblicata il 29 marzo su Science Signaling.

I neuroscienziati dell'University of Rochester Medical Center riportano che gli astrociti sono cruciali nel creare l'ambiente adeguato per il lavoro del nostro cervello.

Il team ha scoperto che le cellule svolgono un ruolo chiave nel ridurre o fermare i segnali elettrici che formano l'attività cerebrale, svolgendo un ruolo attivo nel determinare quando si attivano le cellule chiamate neuroni, e quando non lo devono fare. Questo è un grande passo in avanti da quello che gli scienziati hanno a lungo considerato il ruolo degli astrociti: nutrire i neuroni e mantenerli sani.

Astrociti umani. (Credit: Image courtesy of University of Rochester Medical Center)

"Gli astrociti sono stati definiti per lungo tempo le cellule della pulizia: si prendono cura dei neuroni, li nutrono, e li puliscono", ha detto Maiken Nedergaard, MD, DMSc, professoressa di Neurochirurgia e leader dello studio. "Si scopre ora che possono influenzare le azioni dei neuroni in modi che non si erano capiti". Il corretto funzionamento del cervello si basa su miliardi di segnali elettrici - piccole esplosioni molecolari, in realtà - che avvengono in perfetta sincronia. Ricordare il volto di una persona cara, far oscillare una mazza da baseball, camminare per strada: tutte quelle azioni contano su segnali elettrici trasmessi istantaneamente lungo i nervi come una patata bollente molecolare da un neurone all'altro.

Perché ciò accada, la bevanda molecolare di sostanze chimiche come sodio, calcio e potassio che risiedono nelle cellule del cervello, deve essere semplicemente corretta - e gli astrociti aiutano a mantenere tale ambiente equilibrato. Per esempio, quando un neurone invia un impulso, o si accende, i livelli di potassio che circondano la cellula salgono drasticamente, e quei livelli devono scendere immediatamente perchè il cervello possa funzionare correttamente. Gli scienziati sanno da tempo che questo è il lavoro degli astrociti: assorbire il potassio in eccesso, terminare l'impulso nervoso, e ripristinare le cellule in modo che possano sparare un segnale, di nuovo, subito.

Nel documento di Science Signaling, la squadra di Nedergaard ha scoperto un ruolo più ampio degli astrociti. Il team ha capito che, oltre al semplice assorbimento di potassio in eccesso, gli astrociti stessi possono provocare il calo dei livelli di potassio nel neurone, facendo terminare la segnalazione neuronale. "Lungi dall'avere solo un ruolo passivo, gli astrociti possono far partire l'assorbimento di potassio in modo da influenzare l'attività neuronale", ha detto la Nedergaard. "E' un meccanismo semplice, ma potente, che gli astrociti hanno per modulare in modo rapido l'attività neuronale".

La Nedergaard ha indagato sulla vita segreta degli astrociti per più di due decenni. Ha mostrato come le cellule comunicano usando il calcio per segnalare. Quasi 20 anni fa in un articolo su Science, ha introdotto l'idea che le cellule gliali, come gli astrociti, comunicano con i neuroni e li influenzano. Da allora, molti altri scienziati hanno ipotezzato che le sostanze chimiche chiamate gliotransmettitori, come il glutammato e l'ATP, sono la chiave di questo processo. Al contrario, nella sua ultima ricerca il team della Nedergaard ha scoperto che è al lavoro un altro sistema di segnalazione, che coinvolge di potassio. Risucchiando potassio, gli astrociti sedano la scarica dei neuroni, aumentando ciò che gli scienziati chiamano "fedeltà sinaptica". Importanti segnali del cervello sono nitidi e chiari perché c'è meno attività indesiderata o "chiacchiericcio" tra i neuroni che non si devono attivare. Tale attività neuronale erronea è collegata a una pletora di disturbi, tra cui l'epilessia, la schizofrenia e il disturbo da deficit di attenzione. "Questo ci dà un nuovo obiettivo per una malattia come l'epilessia, dove la segnalazione tra le cellule cerebrali non è così controllata come dovrebbe essere," ha detto la Nedergaard, il cui team è di base nella Division of Glia Disease and Therapeutics del Center for Translational Neuromedicine del Dipartimento di Neurochirurgia.

I primi autori del documento sono Fushun Wang, Ph.D., professore assistente di ricerca di Neurochirurgia, e lo studente laureato Nathan Anthony Smith. Hanno fatto gran parte del lavoro utilizzando un sofisticato sistema basato su laser per monitorare l'attività degli astrociti nel cervello vivente di ratti e topi. Il lavoro di Smith, studente laureato nel programma di neuroscienze dell'Università, è stato sostenuto da un premio Kirschstein Nationale Research Service del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS). Altri autori da Rochester includono Takumi Fujita, Ph.D., associato post-dottorato, Takahiro Takano, Ph.D., professore assistente, Qiwu Xu, tecnico associato, e Lane Bekar, Ph.D., già professore assistente di ricerca, ora all'Università di Saskatchewan. Hanno contribuito anche Akemichi Baba della Hyogo University of Health Sciences in Giappone, e Toshio Matsuda della Osaka University in Giappone.

La Nedergaard osserva che la complessità e le dimensioni dei nostri astrociti sono una delle poche caratteristiche che differenziano il nostro cervello da quello dei roditori. I nostri astrociti sono più grandi, più veloci, e molto più complessi sia nella struttura che nella funzionalità. Ha scoperto che gli astrociti contribuiscano a condizioni come l'ictus, l'Alzheimer, l'epilessia e le lesioni del midollo spinale. "Gli astrociti sono parte integrante dei processi cerebrali più sofisticati", ha aggiunto. Il lavoro è stato finanziato dalla Harold G. and Leila Y. Mathers Charitable Foundation e dal NINDS.

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Fonte: Materiale dell' University of Rochester Medical Center.

Riferimento: A. Torres, F. Wang, Q. Xu, T. Fujita, R. Dobrowolski, K. Willecke, T. Takano, M. Nedergaard. Extracellular Ca2 Acts as a Mediator of Communication from Neurons to Glia. Science Signaling, 2012; 5 (208): ra8 DOI: 10.1126/scisignal.2002160.

Pubblicato in ScienceDaily il 29 marzo 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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