Nuova via di regolazione ipossica della circolazione cerebrale
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno X - 21 gennaio 2012.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli
oggetti di studio dei soci componenti lo staff
dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo:
RECENSIONE]
L’incremento
del flusso
ematico cerebrale
indotto dall’ipossia è di importanza critica per le
funzioni dell’encefalo dei mammiferi, in quanto costituisce un meccanismo di
compenso per il ridotto apporto di O2 che, se protratto, può
determinare danni neurologici rilevanti fino a costituire una minaccia per la
vita stessa. La biochimica e la biologia molecolare della risposta al deficit
acuto di ossigeno costituiscono un ambito di ricerca importante, che ha fornito
negli ultimi decenni nuovi dati e nuove nozioni che hanno consentito di
approfondire molto la conoscenza di questo settore della fisiologia, ma si sa
ancora poco dei sistemi
di segnalazione sottostanti
la regolazione.
Makoto
Suematsu, Solomon H. Snyder e altri 17 ricercatori hanno condotto uno studio
che ha consentito l’identificazione di una via che induce vasodilatazione cerebrale mediante l’azione coordinata di H2S e CO (Morikawa T., et al. Hypoxic regulation of the cerebral microcirculation is mediated by a
carbon monoxide-sensitive hydrogen sulfide pathway. Proceedings of the National Academy of Science USA [Published
online before print doi:10.1073/pnas.1119658109], 2012).
I diciannove autori del lavoro provengono, oltre che
da istituti della Johns Hopkins University School of Medicine (Baltimore), da
vari istituti scientifici giapponesi, fra cui il Department of Biochemistry, School
of Medicine, Keio University (Tokyo), la Japan Science and Technology Agency (Tokyo)
e il Department of Neurology, Tokai University School of Medicine (Kanagawa).
Poiché
la quantità di O2 e glucosio immagazzinata nelle cellule dell’encefalo è molto limitata
rispetto al tasso di utilizzo, il cervello richiede una continua fornitura da
parte del sangue circolante di entrambe le fonti di energia per mantenere il
livello fisiologico dei suoi processi, che sono vitali per tutto l’organismo.
Anche una piccola ma improvvisa diminuzione di apporto di ossigeno o glucosio,
può portare a riduzione delle funzioni globali del cervello con la perdita di
coscienza tipica della crisi lipotimica. Il cervello non solo utilizza ossigeno
con una frequenza estremamente elevata, ma è anche totalmente dipendente da un ininterrotto metabolismo
ossidativo per mantenere la sua integrità strutturale e funzionale. Si ricordi
che la via glicolitica produce solo 2 ATP per molecola di glucosio, a fronte
delle 32 generate grazie alle vie ossidative; e questa può considerarsi una
quota ridotta rispetto al numero teorico massimo di 38 ATP, cui non si giunge
per la perdita di protoni attraverso la membrana mitocondriale. L’esposizione a
condizioni croniche di ipossia può, tuttavia, determinare un adattamento del
cervello che si avvale dell’azione della molecola di segnalazione HIF (hypoxia inducible factor): in sintesi,
l’ipossia determina la formazione di eterodimeri derivati da HIF che fungono da
fattori di trascrizione e, combinandosi con HRE, determinano l’iperespressione
di eritropoietina, enzimi glicolitici, trasportatori del glucosio e fattori
angiogenici.
Gli
autori del lavoro qui recensito riportano l’identificazione di una via di segnalazione che media la vasodilatazione del microcircolo encefalico indotta da ipossia, in studi monitoranti lo stato
fisiologico dei vasi in sezioni sottili
di cervelletto e nei cervelli intatti di topo, usando microscopia bi-fotonica intravitale a scansione laser.
La
cascata di reazioni implica che l’ipossia eliciti la dilatazione dei vasi
dell’encefalo mediante le azioni coordinate dell’H2S, formata dalla cistationina β-sintetasi (CBS), e della CO generata
dalla eme
ossigenasi (HO)-2. L’ipossia diminuisce la genesi di CO da parte di HO-2, un sensore dell’ossigeno.
Il CO costitutivo fisiologicamente inibisce la CBS, e l’ipossia fa innalzare i
livelli di H2S che mediano la vasodilatazione delle arteriole
precapillari.
La
sperimentazione ha fornito conferme allo schema di segnalazione ipotizzato su
questa base dagli autori del lavoro. In particolare, i ricercatori hanno
rilevato che i topi portatori di delezione selettiva di HO-2 o di CBS mostrano compromissione delle risposte
vascolari all’ipossia. Un’altra conferma è venuta dallo studio, mediante imaging basato sulla spettrometria di massa, della corteccia
di cervelli adulti intatti di topi HO-2-null, che ha rivelato la compromissione
della capacità fisiologica di mantenere i livelli di ATP in condizioni di
ipossia.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle
recensioni di lavori di argomento connesso che compaiono nelle “Note e Notizie”
(utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA” del sito).