Ricerche

Quando l'auto ha bisogno di una nuova candela, si porta in officina dove resta ferma fino a quando la riparazione è terminata.

E se l'auto potesse sostituirsi da sola la candela, mentre scende a tutta velocità da una discesa?

Certo, le auto non possono farlo, ma il nostro sistema nervoso fa proprio questo: ricostruisce se stesso continuamente, pur mantenendosi pienamente in funzione.

I neuroni vivono per molti anni, ma i loro componenti, le proteine e le molecole che compongono la cellula, vengono continuamente sostituiti. Come avvenga questa continua ricostruzione, senza pregiudicare la nostra capacità di pensare, ricordare, imparare o comunque sperimentare il mondo, è uno dei più grandi interrogativi della neuroscienza.

Ed è quello che ha a lungo incuriosito Eve Marder, professore «Victor e Gwendolyn Beinfield» di Neuroscienze della Brandeis University nel Massachusetts. Come riportato in Neuron il 21 maggio, il laboratorio di Marder ha costruito un nuovo modello teorico per capire come le cellule controllano e auto-regolano le loro proprietà a fronte di un continuo ricambio dei componenti cellulari.

I canali ionici, i cancelli molecolari sulla superficie delle cellule, determinano le proprietà neuronali necessarie per regolare tutto, dalla dimensione e la velocità di movimento degli arti, al modo in cui le informazioni sensoriali sono elaborate. In ogni tipo di neurone sono presenti diverse combinazioni di tipi di canali ionici. I recettori sono i «microfoni» molecolari che permettono ai neuroni di comunicare tra loro.

Recettori e canali ionici si ricambiano costantemente, e quindi le cellule hanno bisogno di regolare la velocità con cui essi vengono sostituiti, in modo da evitare di interrompere il normale funzionamento del sistema nervoso. Gli scienziati hanno preso in considerazione l'idea di una impostazione «di fabbrica» o «predefinita» per il numero di canali ionici e recettori in ogni neurone. Ma questa idea non sembra plausibile, perché ci sono troppi cambiamenti nell'ambiente di un neurone nel corso della sua vita.

Se non c'è impostazione di fabbrica, allora i neuroni hanno bisogno di un indicatore interno per monitorare l'attività elettrica e regolare l'espressione dei canali ionici di conseguenza, secondo il team. Poiché un singolo neurone fa sempre parte di un circuito più grande, esso ha anche bisogno di fare questo mentre mantiene l'omeostasi attraverso il sistema nervoso.

Il laboratorio di Marder ha costruito un nuovo modello teorico di regolazione del canale ionico basato sul concetto di un sistema di controllo interno. Il team, composto dal borsista postdottorato Timothy O'Leary, dal tecnico di laboratorio Alex Williams, da Alessio Franci dell'Università di Liegi in Belgio, e da Marder, ha scoperto che le cellule non hanno bisogno di misurare ogni dettaglio dell'attività per mantenere il funzionamento del sistema.

Può essere rilevante perché:

Come conclude l'autore principale dello studio, "per capire e curare alcune malattie, abbiamo bisogno di separare, e capire, i sistemi biologici ...". Questo è particolarmente importante per una malattia come l'Alzheimer, che ha nei neuroni l'obiettivo principale.

In realtà, troppi dettagli possono far deragliare il processo. "Alcune proprietà obiettivo possono contraddirsi a vicenda", dice O'Leary. "Non si può impostare l'aria condizionata su 18°C ed il riscaldamento a 25°C. Una potrebbe sopraffare l'altra, ma sarebbero continuamente in lotta fra loro e si finirebbe per avere una enorme bolletta energetica".

Il team ha anche capito che le cellule possono avere proprietà simili, ma tassi diversi di espressione del canale ionico: come omofoni cellulari, risuonano in modo simile, ma appaiono molto diverse. Il modello ha dimostrato che il sistema di controllo molto all'interno, progettato per controllare l'attività elettrica di fuga, può effettivamente portare ad una ipereccitabilità neuronale, la base delle crisi epilettiche. Anche se sono mantenuti dei punti fissi nei singoli neuroni, può essere persa l'omeostasi complessiva del sistema.

Lo studio rappresenta un importante passo avanti nella comprensione della macchina più complessa mai costruita: il cervello umano. E può portare a strategie terapeutiche completamente diverse per il trattamento di malattie, dice O'Leary: "Per capire e curare alcune malattie, abbiamo bisogno di separare, e capire, come i sistemi biologici controllano le loro proprietà interne quando sono in un normale stato di salute, e questo modello potrebbe aiutare i ricercatori a farlo".

Questa ricerca è stata finanziata dal National Institute of Health e dal Charles A. King Trust.

 

 

 

 

 

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Fonte:  Leah Burrows in  Brandeis University  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Timothy O’Leary, Alex H. Williams, Alessio Franci, Eve Marder. Cell Types, Network Homeostasis, and Pathological Compensation from a Biologically Plausible Ion Channel Expression Model. Neuron, 2014; 82 (4): 809 DOI: 10.1016/j.neuron.2014.04.002

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