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).

 

Nicole Cardon

BM&L-06 luglio 2013

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[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).