Definita la logica di alcune connessioni inibitorie della corteccia
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno XI – 06 luglio 2013.
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]
I neuroni inibitori della corteccia cerebrale costituiscono un insieme eterogeneo di popolazioni cellulari organizzate in una rete straordinariamente fitta e complessa, dalla quale dipende la regolazione di tutte le funzioni assolte dalla struttura più elevata del cervello. Da tempo la neurofisiologia ha compreso che la corteccia è guidata dall’inibizione e che l’interconnessione di interneuroni prevalentemente GABAergici realizza uno straordinario sistema diffuso di controllo delle priorità, dell’entità e dei turni di attività delle popolazioni eccitatorie responsabili dei singoli compiti funzionali. Un notevole impegno della ricerca ha consentito di delineare alcuni aspetti di questa regolazione inibitoria, tuttavia siamo ancora lontani dal poter disporre di un quadro esaustivo della connettività di questa rete.
Carsten K. Pfeffer, Massimo Scanziani e due loro colleghi hanno usato una combinazione di metodiche e tecniche, fra cui l’optogenetica, la determinazione del profilo molecolare di singole cellule e la registrazione elettrofisiologica accoppiata, per decifrare la matrice di connettività di tre delle classi principali di interneuroni con i loro target GABAergici post-sinaptici.
I ricercatori
sono riusciti ad identificare uno schema
di interazione fra tre grandi popolazioni di neuroni corticali inibitori,
definendo la logica di “inibizione dell’inibizione” che ha luogo nella
corteccia visiva del topo (Pfeffer C. K.,
et al. Inhibition of
inhibition in visual cortex: the logic of connections between molecularly
distinct interneurons. Nature
Neuroscience [Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3446], 2013).
La provenienza degli autori è la
seguente: Howard Hughes Medical Institute, University of California San Diego
(UCSD), La Jolla, California (USA); Center for Neural circuits and Behavior,
Neurobiology section and Department of Neuroscience, University of California
San Diego (UCSD), La Jolla, California (USA); Cold Spring Harbor Laboratory,
Cold Spring Harbor, New York (USA).
L’osservazione microscopica della
corteccia cerebrale rivela un complesso intreccio di glia, cellule nervose,
fibre e vasi sanguigni, la cui ordinata struttura laminare in sei strati
paralleli alla superficie si evidenzia solo mediante colorazioni, specifiche per
i corpi cellulari o selettive per le fibre rivestite dalla mielina
oligodendrocitica. In questa trama intricata, dove il tipo cellulare più
frequente è il neurone piramidale, la
maggior parte delle altre cellule, a cominciare dalle cellule stellate spinose, ha funzione inibitoria ed impiega come
neurotrasmettitore l’acido γ-aminobutirrico o GABA.
Sono interneuroni inibitori
le cellule di Martinotti[1],
le cellule a canestro, a candelabro[2],
a doppio bouquet, bipolari, gliomorfe
o a ragnatela, orizzontali e fusiformi. Si è rilevato che perfino una
subpopolazione di cellule bipolari colinergiche presenta nei terminali anche il
neuromediatore inibitorio GABA. In generale, e ciò è stato da tempo provato per
le cellule bipolari, a canestro, a candelabro, a ragnatela e a doppio bouquet, la molecola sinaptica
principale è il neurotrasmettitore inibitorio[3];
tuttavia, una parte non trascurabile segnala anche mediante uno o più peptidi,
coesistenti nei terminali sinaptici: colecistochinina (CCK), sostanza P,
neuropeptide Y, somatostatina e peptide vasoattivo intestinale (VIP).
Col procedere degli studi,
l’enorme varietà di sottotipi neuronici emergenti ha reso insoddisfacenti i
vecchi criteri di classificazione basati quasi esclusivamente su prototipi
morfologici classici, ed indotto la definizione di nuovi criteri. In un meeting tenutosi a Petilla nel 2005, per
la classificazione degli interneuroni della corteccia cerebrale, è stato
introdotto un criterio che tiene conto di caratteri anatomici, fisiologici e
molecolari. Da allora, un team di
neuroscienziati provenienti da alcuni fra i maggiori gruppi di ricerca sulle
cellule inibitorie corticali, il Petilla Interneuron Nomenclature Group, costantemente aggiorna dati ed elementi alla base
della classificazione[4].
Pfeffer e colleghi hanno
impiegato criteri di identificazione basati su profili molecolari centrati
sull’espressione di markers degli
interneuroni, quali parvalbumina, somatostatina, peptide vasoattivo intestinale
(VIP) e calretinina. In particolare, hanno caratterizzato tre grandi
popolazioni:
1) interneuroni esprimenti parvalbumina;
2) interneuroni esprimenti somatostatina;
3) interneuroni esprimenti peptide
vasoattivo intestinale o VIP.
Nella corteccia visiva del
topo, dove studi pregressi avevano caratterizzato un funzionamento basato su un
gioco di inibizione, i ricercatori hanno indagato il profilo del rapporto fra
le tre grandi popolazioni interneuroniche. I risultati della sperimentazione
sono sintetizzati qui di seguito.
La prima popolazione di
interneuroni, identificata dall’espressione di parvalbumina, ha fatto
rilevare una forte inibizione esercitata al suo interno, fra una
cellula e l’altra, contrapposta ad un comportamento di scarso effetto
inibitorio su altre popolazioni di neuroni della corteccia visiva murina. La
seconda popolazione di interneuroni, distinta in base all’espressione di somatostatina,
ha presentato una fisiologia totalmente opposta: nell’interazione
cellula-cellula interna all’insieme così caratterizzato, l’espressione
dell’azione inibitoria risultava evitata; al contrario, il controllo mediante
il blocco della neurotrasmissione dei neuroni post-sinaptici era massimamente
esercitato sulle altre popolazioni cellulari circostanti. Infine, la
terza popolazione di interneuroni, cioè quella riconosciuta in base
all’espressione di VIP, manifestava un andamento peculiare nella
tendenza ad inibire preferenzialmente la seconda popolazione di cellule
inibitorie, ovvero quella esprimente somatostatina.
I ricercatori hanno verificato
che questo schema funzionale si verificava tanto negli strati o lamine
sopragranulari quanto in quelli infragranulari. Tenendo conto dei
ruoli funzionali degli strati della corteccia visiva, e in particolare
dell’organizzazione morfo-funzionale, la costanza del pattern inibitorio in queste due regioni funzionalmente distinte,
consente di dedurre un controllo inibitorio simile, sia per le informazioni in
ingresso alle aree corticali visive, sia per quelle in uscita dalle medesime
aree.
In considerazione del fatto che la specificità delle connessioni fra i neuroni eccitatori costituisce la base del canonico circuito corticale, i precisi elementi emersi da questa sperimentazione delineano un pattern di connettività standard fra gli interneuroni inibitori della corteccia cerebrale. Tale schema fisso, non solo consente di comprendere la logica delle regole di “inibizione dell’inibizione” nell’organizzazione corticale, ma potrà essere utile anche nei ragionamenti deduttivi volti a decifrare i rapporti non ancora compresi fra reti e circuiti corticali.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la resa in corretto italiano della bozza, ed
invita alla lettura delle numerose recensioni di argomento connesso che
compaiono nelle “Note e Notizie” (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA” del sito).
[1] Scoperte da Carlo Martinotti, allievo di Camillo Golgi, e non da Giovanni Martinotti come a volte si legge, queste cellule sono piccoli neuroni multipolari della corteccia a dendriti corti, spesso presenti negli strati profondi dai quali inviano l’assone al primo strato dove si ramifica e forma sinapsi con i glomeruli dendritici dei neuroni piramidali. Le cellule di Martinotti esprimono somatostatina e, talvolta, calbindina, ma non parvalbumina o VIP.
[2] Le cellule a candelabro sono dei neuroni asso-assonici GABA-ergici che innervano i segmenti iniziali degli assoni delle cellule piramidali della corteccia, esercitando un controllo inibitorio sui circuiti dei neuroni di proiezione (v. Note e Notizie 16-02-13 Cellule a candelabro innervano le piramidali in sovrapposizione).
[3] Si ricorda che, al contrario del midollo spinale, nel cervello solo una piccola parte dei neuroni inibitori impiega l’aminoacido glicina, mentre la quasi totalità sintetizza e rilascia GABA.
[4] Si veda Petilla Interneuron Nomenclature Group, et al., Nature Reviews Neuroscience 9 (7): 557-558, 2008, e le pubblicazioni seguenti. Su questa base, ad esempio, Fishell e colleghi individuarono 26 parametri fisiologici e classificarono 205 tipi di interneuroni in 10 ulteriori sottotipi in base al giorno di nascita (Note e Notizie 20-10-07 Data di nascita e funzioni degli interneuroni).