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).

 

Diane Richmond

BM&L-21 gennaio 2012

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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