Diramazioni dendritiche regolate dai mitocondri nei neuroni piramidali
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 24 maggio 2014.
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]
A lungo, in neurobiologia, l’albero dendritico dei neuroni è stato studiato nel suo insieme, dando importanza solo alle grandi variazioni quantitative nel numero e nella forma dei rami, riservando qualche attenzione supplementare a quelle cellule che presentavano molte sinapsi asso-dendritiche. Nelle epoche recenti si è avuto un radicale cambiamento di prospettiva, bene rappresentato dagli studi strutturali tridimensionali e biofisici compartimentali della testa e del collo delle spine dendritiche. L’arborizzazione dendritica, non solo di elementi dalle caratteristiche morfologiche uniche, come le cellule di Purkinje del cervelletto e i neuroni piramidali della corteccia, ma delle principali classi di neuroni di tutti i sistemi nervosi studiati, è valutata sia analiticamente che sinteticamente. Si è compreso che non solo la conformazione e la configurazione dendritica non sono mai espressioni morfologiche epifenomeniche approssimative o casuali, ma anche che il loro equilibrio con la controparte assonica telodendrica è della massima importanza.
Il preciso branching pattern o configurazione delle ramificazioni dell’albero dendritico ha un profondo impatto sull’elaborazione dell’informazione nei singoli neuroni e nei sistemi cui questi appartengono, incidendo sulla funzione del cervello e del sistema nervoso centrale nel suo complesso. È stato accertato che queste configurazioni sono stabilite mediante due tipi di regolazione delle ramificazioni dendritiche: positiva e negativa.
I meccanismi della regolazione positiva sono stati indagati molto estesamente, mentre poco si sa dei processi che regolano in negativo la produzione di rami della struttura ricevente. Toshiya Kimura e Fujio Murakami hanno condotto uno studio che ha identificato nei mitocondri localizzati nei dendriti in corso di sviluppo un elemento nodale della regolazione negativa (Toshiya Kimura & Fujio Murakami, Evidence That Dendritic Mitochondria Negatively Regulate Dendritic Branching in Pyramidal Neurons in the Neocortex. The Journal of Neuroscience 34 (20): 6938-6951, 2014).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University, Suita, Osaka (Giappone).
L’interesse per questo lavoro deriva anche dal fatto che in pochi laboratori si parla dei processi di regolazione in negativo della morfogenesi dendritica, pertanto va dato merito al coraggio dei due ricercatori giapponesi. Per la verità sappiamo che Toshiya Kimura ha concepito il progetto di ricerca, disegnato il profilo sperimentale, realizzato materialmente gli esperimenti ed analizzato i dati; Fujio Murakami è intervenuto solo nella fase di scrittura del lavoro, collaborando alla redazione del testo.
La sperimentazione ha mostrato che i mitocondri presenti all’interno del protoplasma dei dendriti, durante il loro sviluppo, sono implicati nella regolazione negativa del processo di genesi e sviluppo dei loro rami. Kimura, impiegando la tecnica dell’elettroporazione[1] in utero di un costrutto fluorescente con i mitocondri per bersaglio, ha visualizzato i mitocondri dei neuroni piramidali della neocorteccia del topo durante il processo di morfogenesi dendritica.
Il secondo passo del lavoro è consistito nell’alterazione della distribuzione mitocondriale in vivo, mediante l’iperespressione di Mfn1, una proteina modellante i mitocondri, oppure il dominio Miro-binding di TRAK2 (TRAK2-MBD), una forma troncata di una proteina adattatrice-motoria.
In tal modo, Kimura ha rilevato che i mitocondri dei dendriti erano preferenzialmente identificati come bersagli nella porzione prossimale della struttura dendritica, solo durante la morfogenesi dendritica. L’iperespressione di Mfn1 o di TRAK2-MBD svuotava i dendriti dei mitocondri, un effetto che era accompagnato dal notevole aumento di ramificazioni della parte prossimale dei dendriti stessi. Tale anomalia dendritica non poteva essere spiegata in base ai cambiamenti di distribuzione degli organuli per effetto del loro traffico, in quanto l’iperespressione di Mfn1 non altera la distribuzione del reticolo endoplasmatico, dell’apparato di Golgi e degli endosomi. Inoltre, questi costrutti non compromettono la vitalità dei neuroni o la funzione mitocondriale.
Su questa base, i due ricercatori giapponesi concludono che i mitocondri dei dendriti giocano un ruolo critico nella definizione del preciso pattern di ramificazione degli alberi dendritici, mediante un’azione di riduzione e, perciò, di controllo negativo sugli elementi che comporranno l’esatto disegno morfologico, cruciale per la funzione del singolo neurone come del complesso delle reti che, nel loro insieme, determinano le funzioni cerebrali.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di studi di argomento connesso che appaiono nella
sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA”).
[1] È una tecnica che consente l’apertura delle membrane biologiche per l’introduzione di macromolecole.