Regolazione
circadiana ed omeostatica della plasticità sinaptica
NICOLE CARDON
NOTE E
NOTIZIE - Anno VIII - 16 ottobre 2010.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale
di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). La sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente note di recensione di lavori
neuroscientifici selezionati dallo staff
dei recensori fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori
riviste e il cui argomento rientra negli oggetti di studio dei soci afferenti
alla Commissione Scientifica, e
notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società
Nazionale di Neuroscienze.
[Tipologia del testo:
RECENSIONE]
Lo
studio dei cambiamenti strutturali e funzionali delle sinapsi in rapporto con
la periodicità circadiana e, in ultima analisi, con i ritmi di illuminazione
del nostro pianeta, è un campo molto affascinante, che promette di spiegare
molti aspetti ancora oscuri delle basi biologiche di funzioni fondamentali[1].
I neuroni del sistema nervoso centrale di tutte le specie animali studiate
presentano un’attività ritmica che ha la massima espressione negli stati
bioelettrici e molecolari corrispondenti al sonno e alla veglia, stati dai
quali dipende l’assetto funzionale complessivo che presiede alla regolazione
delle funzioni biologiche elementari che vanno dalla locomozione spontanea
all’alimentazione e alla riproduzione. Una dimostrazione in vivo della
regolazione circadiana ed omeostatica della plasticità sinaptica strutturale in
neuroni secernenti oressine (ipocretine)[2]
è stata fornita di recente da Lior Appelbaum del Center for Narcolepsy, Department
of Psychiatry and Behavioral Sciences, Stanford University, Palo Alto,
California, e colleghi provenienti dalla stessa istituzione, dall’NIH di
Bethesda e dall’INSERM di Parigi (Appelbaum
L., et al. Circadian and Homeostatic
Regulation of Structural Synaptic Plasticity in Hypocretin Neurons. Neuron 68 (1), 87-98, 2010).
Per
studiare la dinamica delle modificazioni sinaptiche durante il giorno e la
notte, i ricercatori hanno ripreso immagini (time-lapse two-photon imaging) in
vivo del marker presinaptico sinaptofisina di neuroni HCRT (hypocretin/orexin) di larve di Danio rerio, noto anche come zebrafish, pesce-zebra.
Si
è osservata la variazione circadiana del numero delle sinapsi formate dagli
assoni delle cellule ipotalamiche HCRT. Questo ritmo appare primariamente
regolato dall’orologio ipotalamico, ma è influenzato anche dalla deprivazione
di sonno. NPTX2, una proteina implicata nel clustering
dei recettori AMPA, è risultata modulare le variazioni circadiane delle
sinapsi.
In
Danio rerio, nptx2b è un gene ritmico massimamente espresso nelle cellule
dell’ipotalamo e della ghiandola pineale. L’iperespressione transgenica e
aritmica di nptx2b (hcrt:NPTX2b) aumenta il numero delle
sinapsi e abolisce la ritmicità negli assoni dei neuroni HCRT.
Infine,
gli esemplari di hcrt:NPTX2b di Danio rerio sono resistenti all’azione
di promozione del sonno della melatonina. Questo effetto comportamentale è
coerente con l’aumento di attività, mediato da NPTX2b, dei circuiti delle
cellule HCRT.
Questi
dati, ottenuti in vivo con
osservazioni in tempo reale, forniscono una eloquente evidenza diretta di
processi di regolazione circadiana ed omeostatica della plasticità sinaptica
strutturale.
L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Floriani per
la correzione della bozza ed invita alla lettura degli scritti di argomento
connesso che compaiono su questo sito.
[1] Si veda, nella sezione “AGGIORNAMENTI”, la scheda introduttiva dell’incontro dal titolo “La memoria e il sonno”.
[2] Le oressine o ipocretine sono due peptidi (denominati oressina A e B o ipocretina 1 e 2) con circa il 50% di sequenza identica, derivati da un precursore comune e presenti nel SNC e in cellule enteriche. Scoperte nel cervello di ratto da due gruppi di ricerca indipendenti, sono considerate ormoni neuropeptidici eccitatori. Le due oressine, che si legano a due recettori 7TM accoppiati a proteine G, OX1 e OX2, sono prodotte da una piccola popolazione di neuroni dell’ipotalamo laterale e posteriore (HCRT), che stabilisce connessioni con molte aree cerebrali. La loro attività sembra promuovere lo stato di veglia e i neuroni che le secernono sono inibiti dalla leptina ed attivati dalla grelina e dall’ipoglicemia, pertanto si ritiene che i due peptidi costituiscano un importante collegamento molecolare fra il metabolismo e la regolazione dei ritmi sonno-veglia.