Dimostrato un controllo bidirezionale di una rete interneuronica cerebrale
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XI – 09 novembre 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]
L’accoppiamento elettrico nelle reti di cellule nervose dell’encefalo generalmente si verifica fra neuroni inibitori o interneuroni, che sono cellule GABA-ergiche fra loro simili sia sotto il profilo morfologico, ossia dell’anatomia microscopica, sia in termini funzionali. Pierre F. Apostolides e Laurence O. Trussell, in uno studio che sarà pubblicato su Nature Neuroscience, dimostrano che l’eccitabilità dei neuroni inibitori del nucleo cocleare dorsale è controllata da sinapsi elettriche formate con cellule eccitatorie di proiezione.
La dimostrazione di questo meccanismo apre nuovi orizzonti di studio per la comprensione dell’omeostasi delle reti neuroniche in vivo e, certamente, un primo passo importante consisterà nella verifica di quali e quante reti presentano forme di controllo bidirezionale di questo tipo nel cervello dei mammiferi. Un passo successivo sarà la valutazione del rilievo di un simile dispositivo per la neurofisiologia della nostra specie (Apostolides P. F. & Trussell L. O., Regulation of interneuron excitability by gap junction coupling with principal cells. Nature Neuroscience [Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3569], 2013).
La provenienza degli autori è la
seguente: Neuroscience Graduate Program, Oregon Health and Science University,
Portland, Oregon (USA); Vollum Institute and Oregon Hearing Research Center,
Oregon Health and Science University, Portland, Oregon (USA).
In termini fisiologici, l’accoppiamento elettrico degli interneuroni inibitori può sincronizzare l’attività di un grande numero di cellule regolatrici dell’output eccitatorio con un sistema diretto, efficace ed economicamente vantaggioso, che realizza una condizione omogenea ed intrinsecamente ridondante rispetto al compito che la rete deve svolgere. Tale dispositivo rafforza l’affidabilità dell’inibizione sulle principali cellule bersaglio. Gli studi condotti fino ad oggi non hanno chiarito se l’attività delle cellule principali a valle di tali reti interneuroniche, realizzi a sua volta un effetto di controllo sull’eccitabilità di queste cellule inibitorie. Apostolides e Trussell, per comprendere i rapporti fra queste due classi funzionali di neuroni, hanno studiato dei sistemi del nucleo cocleare dorsale, cercando di definire al livello cellulare i rapporti morfo-funzionali fra gli insiemi eccitatori e gli insiemi inibitori.
A tal fine, i due ricercatori dell’Oregon hanno impiegato registrazioni accoppiate con la tecnica del patch-clamp, che hanno consentito loro di accertare che i neuroni eccitatori di proiezione, in pratica le cellule fusiformi, e gli interneuroni inibitori, cioè le cellule stellate, nel nucleo cocleare dorsale formano una rete elettricamente accoppiata attraverso innumerevoli gap junctions contenenti connessina 36 (connexin36, anche detta Gjd2).
Un aspetto di notevole rilievo fisiologico è che le cellule inibitorie stellate erano più strettamente accoppiate, cioè con maggiore forza in termini di sinapsi elettriche, con le cellule eccitatrici fusiformi che fra di loro, a differenza di quanto sarebbe stato lecito attendersi sulla base delle nozioni classiche di neurofisiologia dei sistemi. Lo studio elettrofisiologico ha rivelato che questo accoppiamento eterologo è funzionalmente asimmetrico, con una propensione (bias) della trasmissione elettrica dalla cellula principale all’interneurone inibitorio.
Apostolides e Trussell hanno proseguito la loro osservazione con una metodica optogenetica, la cui selettività ha consentito un preciso apprezzamento dei fenomeni conseguenti alla segnalazione eccitatoria delle cellule principali. Le popolazioni di cellule fusiformi attivate optogeneticamente con affidabile certezza accrescevano l’eccitabilità degli interneuroni e generavano una rilevante ed efficace inibizione GABA-ergica sul bersaglio post-sinaptico costituito dalle popolazioni inibitorie di cellule stellate. Al contrario, profonde iperpolarizzazioni seguenti i treni di picchi di potenziali d’azione delle cellule fusiformi, inibivano le cellule stellate, ossia determinavano inibizione degli interneuroni inibitori, per varie centinaia di millisecondi.
Presi nel loro insieme, i risultati di questo lavoro sperimentale, per il cui dettaglio si rinvia alla lettura del testo integrale del lavoro originale, indicano che l’eccitabilità di una rete di interneuroni inibitori è bidirezionalmente controllata da distinte fasi di attività delle cellule principali. Se tali risultati saranno confermati, è facile prevedere che vari gruppi di ricerca indagheranno in questo campo e, con ogni probabilità, estenderanno la verifica dell’esistenza di simili processi di regolazione a tutte le più importanti reti dell’encefalo.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di lavori di argomento connesso che appaiono sul sito
(utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).