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 Inserito il - 04/07/2018 : 10:00:55
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La semplice regola che guida la plasticita' sinaptica
03 luglio 2018
Quando una sinapsi si rafforza, le altre vicine s'indeboliscono. Questo meccanismo molecolare ben definito, basato su una semplice regola, viene controllato da una proteina chiamata Arc, a cui spetta il compito di mantenere l'equilibrio complessivo che permette al cervello di valorizzare alcuni stimoli al posto di altri
(red)
da lescienze.it/news
Il cervello umano è costituito da un numero di neuroni variabile tra alcune decine di miliardi a un centinaio di miliardi, che si scambiano continuamente segnali in forma di impulsi elettrici attraverso apposite giunzioni.
Il numero di queste giunzioni – le sinapsi – raggiunge valori ancora più incredibili: da decine di migliaia di miliardi a milioni di miliardi. Ma l’aspetto che più colpisce delle sinapsi è la loro plasticità: cambiano continuamente per numero e intensità, in un perpetuo equilibrio che consente al cervello di valorizzare alcuni stimoli tralasciandone altri.
Un nuovo studio pubblicato su “Science” da Mriganka Sur e colleghi del Picower Institute for Learning and Memory del Massachusetts Institute of Technology ha scoperto che appena una sinapsi si rafforza, quelle vicine s’indeboliscono immediatamente grazie all’azione di una proteina cruciale, denominata Arc (da Activity-regulated cytoskeleton-associated protein).
“I comportamenti collettivi dei sistemi complessi hanno sempre regole semplici, e ne troviamo la conferma anche in questo risultato”, ha commentato Sur. “Quando una sinapsi si rafforza, entro un raggio di 50 micrometri c’è una diminuzione della forza di altre sinapsi, sulla base di un meccanismo molecolare ben definito”.
In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno osservato la plasticità neuronale di alcuni topi di laboratorio cambiando il “campo ricettivo” di un neurone, cioè la zona del campo visivo nella quale deve essere localizzato uno stimolo sensoriale affinché quello specifico neurone possa rispondere.
Gli autori hanno così potuto monitorare da vicino i cambiamenti delle sinapsi del neurone quando mostravano al topo uno stimolo in un punto al di fuori dal suo campo recettivo originario. Via via che veniva codificato un nuovo campo recettivo e le sinapsi coinvolte venivano rafforzate, i ricercatori hanno osservato al microscopio elettronico che le sinapsi vicine si ritraevano. La scoperta è stata poi confermata, in collaborazione con colleghi del Politecnico di Losanna, osservando lo stesso fenomeno con una tecnica di microscopia tridimensionale a una risoluzione ancora più elevata.
Ma come si fa a controllare l’applicazione di una regola apparentemente semplice (“se qualcosa aumenta, qualcos’altro deve diminuire”) in un sistema complesso come il cervello?
Sur e colleghi hanno documentato che i cambiamenti che avvenivano nelle sinapsi erano correlati all’espressione di specifici recettori presenti sui neuroni, chiamati AMPA. E l’espressione dei recettori AMPA, a sua volta, era controllata dalla proteina Arc. In altre parole, le sinapsi con ridotti livelli di Arc erano in grado di esprimere più recettori AMPA, mentre quelle con elevati livelli di Arc ne esprimevano di meno.
“La conclusione è che la proteina Arc mantiene l’equilibrio delle risorse sinaptiche”, hanno spiegato i ricercatori. “Se qualcosa aumenta, qualcos’altro deve diminuire: il ruolo principale di Arc è di regolare questo meccanismo”. Di conseguenza, lo studio risolve anche un mistero legato ad Arc: prima d’ora nessuno aveva capito come mai la proteina, pur agendo per indebolire le sinapsi, appariva iperattivata nei dendriti in fase di plasticità sinaptica.
La scoperta della regola, ha aggiunto Sur, aiuta a spiegare come potrebbero funzionare apprendimento e memoria a livello del singolo neurone poiché mostra in che modo un neurone si adegua alla stimolazione ripetuta di un altro.
http://dx.doi.org/10.1126/science.aao0862
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La regola che guida la plasticita' sinaptica
