ATTIVAZIONE
DELLE CASPASI PER LA DEPRESSIONE DI LUNGO TERMINE (LTD)
Le caspasi[1] sono note da lungo tempo per il ruolo che svolgono nell’apoptosi, ma solo di recente si è ipotizzata una loro partecipazione ai meccanismi di plasticità sinaptica. Sheng e collaboratori del Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts (USA) hanno indagato questa possibilità, accertando che l’attivazione NMDA-dipendente delle caspasi 3 (CASP3) e 9 (CASP9) mediante la via apoptotica mitocondriale ha una parte importante nell’internalizzazione dei recettori AMPA con il conseguente sviluppo di depressione di lungo termine (LTD). (Li Z., Jo J., et al. Caspase-3 activation via mitochondria is required for long-term depression and AMPA receptor internalization. Cell 141, 618-631, 2010).
Le modificazioni sinaptiche dipendenti dai recettori del glutammato NMDA (N-metil-D-aspartato), quali il potenziamento di lungo termine (LTP) e la depressione di lungo termine (LTD), sono essenziali per lo sviluppo del cervello e per le sue funzioni, costituendo la principale forma di memoria cellulare dell’attività che ha luogo momento per momento. L’LTD si verifica prevalentemente per effetto della rimozione dei recettori del glutammato AMPA (α-amino-3-idrossil-5-metil-4-isossazolpropionico) dalla membrana post-sinaptica con un meccanismo non ancora accertato.
I ricercatori hanno indagato la possibilità di un ruolo delle caspasi nella plasticità sinaptica, studiando in sezioni acute di ippocampo le sinapsi formate in CA1 dai collaterali di Schaffer[2]. L’applicazione di peptidi inibitori delle caspasi CASP3, CASP7 e CASP9 bloccava l’induzione di LTD da parte della stimolazione di bassa frequenza, senza interessare il potenziamento di lungo termine.
La sperimentazione ha evidenziato che l’LTD era anche bloccata dall’iperespressione di due proteine antiapoptotiche (XIAP e Bcl-xL) che inibiscono la via mitocondriale all’apoptosi. Inoltre, anche nei topi knockout per Casp3 non si riusciva ad indurre LTD mediante stimoli a bassa frequenza.
Tali risultati indicano che CASP3, CASP7 e CASP9, che possono essere attivate nella via apoptotica mitocondriale, hanno un ruolo nell’LTD.
Come è noto, l’internalizzazione dei recettori AMPA è un prerequisito per lo sviluppo di depressione di lungo termine, per questo i ricercatori del MIT hanno ipotizzato che le caspasi possano regolare questo processo. La verifica sperimentale ha confermato l’ipotesi: in neuroni ippocampali dissociati, gli inibitori delle tre caspasi studiate e l’iperespressione delle proteine XIAP e Bcl-xL ha inibito l’internalizzazione degli AMPA conseguente a stimolazione degli NMDA. Lo stesso risultato si è avuto anche nei topi knockout per Casp3.
Nell’encefalo CASP7 è espressa a livelli molto bassi e in alcune aree non è rilevabile, pertanto i ricercatori hanno ipotizzato che le caspasi effettivamente responsabili dell’internalizzazione dei recettori AMPA e dell’induzione di LTD siano CASP3 e CASP9.
CASP9 è nota come attivatrice a monte di CASP3 nella risposta apoptotica, perciò i ricercatori hanno focalizzato l’attenzione su CASP3 ed hanno indagato il rapporto in termini di meccanismo fra questa caspasi e lo spostamento all’interno della membrana dei recettori AMPA.
Il trattamento di neuroni in coltura con NMDA portava all’internalizzazione degli AMPA e determinava un rapido e temporaneo innalzamento dei livelli di CASP3 e CASP9, con un picco 30 minuti dopo il trattamento. Questo cambiamento costituisce un fenomeno diverso da quello che si osserva nell’induzione della morte cellulare programmata, ossia un ritardato e sostenuto accumulo di caspasi attivate indotto dalla staurosporina ed esitante nell’apoptosi. Si deduce, quindi, che l’incremento non elevato e temporaneo dell’attività delle caspasi possa essere sufficiente per portare i recettori AMPA all’interno del neurone senza indurre apoptosi.
Nella risposta apoptotica CASP3 scinde AKT1, una proteinchinasi favorente la sopravvivenza che inibisce la GSK3β (glicogeno sintetasi chinasi 3β), un enzima richiesto per l’induzione di LTD. Sheng e colleghi hanno individuato una forma mutante di AKT1 resistente al clivaggio di CASP3 ma in grado di fosforilare GSK3β. Hanno poi espresso questo mutante in neuroni in coltura ottenuti da sezioni dell’area CA1 dell’ippocampo: l’LTD era abolito, senza effetti sull’LTP. Tale risultato suggerisce che altri componenti della cascata di segnalazione apoptotica partecipano alla regolazione dell’LTD.
Nel loro complesso, i risultati ottenuti da questo lavoro condotto presso il Picower Institute del MIT rivelano un ruolo nella depressione sinaptica, tanto inatteso quanto cruciale, di CASP3 e CASP9, attivate mediante la via di segnalazione apoptotica mitocondriale. Le ricerche future avranno un compito con un obiettivo molto interessante, consistente nella definizione delle differenze in termini molecolari fra la sequenza che induce la depressione sinaptica di lungo termine e quella che porta a morte il neurone.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della
bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1]
Ricordiamo che le caspasi
(da c asp asi = cisteina aspartato proteasi)
sono enzimi proteolitici effettori dell’apoptosi,
la morte cellulare programmata. L’azione delle caspasi, mediante l’atomo di
zolfo della cisteina, realizza una lisi altamente specifica, che effettua i tagli presso i residui di aspartato,
smontando con precisione le strutture cellulari.
Recenti evidenze fanno ritenere che le caspasi possano avviare la degenerazione neurofibrillare nella malattia di Alzheimer e nella demenza fronto-temporale (Note e Notizie 08-05-10 Le caspasi avviano la degenerazione in Alzheimer e DFT).
[2] Per collaterali di Schaffer si intendono i rami
assonici delle cellule piramidali di CA2 e CA3 che vanno a formare sinapsi con
le cellule piramidali di CA1. Per comprendere l’importanza di questi neuroni,
si tenga conto che nell’ippocampo lo strato di cellule piramidali è unico (in
una struttura corticale trilaminare, che nell’uomo ha uno spessore che va da 10
a un massimo di 30 cellule o poco più). Ricordiamo anche che l’LTP generato
dalla ripetizione degli stimoli delle fibre perforanti e di Schaffer dipende
dai recettori NMDA, mentre quello legato alle fibre muscoidi non dipende da
questi recettori.