EVIDENZE CONTRO LA GLIOTRASMISSIONE
Le numerose evidenze che depongono a favore dell’esistenza di un processo di trasmissione gliale simile a quella tipica delle cellule nervose ed attuata dagli astrociti con un meccanismo calcio-dipendente, hanno suggerito la presenza di un livello aggiuntivo di complessità nell’elaborazione dell’informazione da parte del sistema nervoso centrale. Tuttavia, nonostante la documentazione morfologica e funzionale di sinapsi astrocitarie contenenti glutammato, D-serina o ATP, la reale importanza fisiologica della gliotrasmissione è stata negata da alcuni ricercatori ed è tuttora argomento di dibattito. Agulhon, Fiacco e McCarthy del Department of Pharmacology, University of North Carolina at Chapel Hill, hanno affrontato il problema indagando il ruolo del recettore astrocitario GqGPCR (G protein-coupled receptor) nella regolazione Ca2+-dipendente della gliotrasmissione in sezioni di ippocampo di topo, impiegando un approccio diverso da quello seguito nella maggioranza degli studi precedenti. I tre ricercatori non hanno trovato evidenze che le variazioni dei livelli di calcio degli astrociti interessino la trasmissione eccitatoria spontanea o evocata nelle sinapsi dei collaterali di Schaffer[1] con le cellule piramidali di CA1, contraddicendo un numero rilevante di altri studi (Agulhon C., Fiacco T. A. & McCarthy K. D. Hippocampal short- and long-term plasticity are not modulated by astrocyte Ca2+ signaling. Science 327, 1250-1254, 2010).
Numerosi lavori condotti sia su sezioni di tessuto cerebrale sia in vivo, avevano chiaramente mostrato che i flussi di Ca2+ negli astrociti maturi sono fisiologicamente guidati dai recettori metabotropici GqGPCR, che sono attivati per effetto di quel rilascio minimale e costante di neurotrasmettitore dai terminali presinaptici che costituisce una sorta di stillicidio (spillover). Perciò i recettori GqGPCR metabotropici dell’astroglia sono considerati il link fisiologico primario fra l’attività neuronica e l’innalzamento dei livelli di calcio negli astrociti.
Altri studi, condotti su cellule astrogliali in coltura e su preparati di sezioni cerebrali, hanno dimostrato che l’innalzamento della concentrazione di calcio, indotto farmacologicamente in queste cellule gliali, determina il rilascio di gliotrasmettitori quali l’acido glutammico, la D-serina e l’ATP, che modulano i recettori pre-sinaptici e post-sinaptici e perciò la trasmissione e la plasticità sinaptica.
Presi insieme, i dati di questi due gruppi di studi sono stati interpretati come evidenze delle basi molecolari della gliotrasmissione, quale processo analogo alla neurotrasmissione e dalla quale si distingue per la diversa scala temporale con cui l’innalzamento del Ca2+ innesca il rilascio del mediatore. La questione più intensamente dibattuta ed attualmente al centro di numerose indagini sperimentali è la rilevanza della trasmissione gliale in vivo.
Agulhon e i suoi due colleghi, per indagare questo aspetto, hanno impiegato due ceppi di topi transgenici in cui poteva essere attivata o inibita la segnalazione legata ai recettori gliali, studiandone gli effetti in sezioni acute di ippocampo. Il primo ceppo (Mas-related GPCR member A1-expressing mice) consentiva la selettiva attivazione della segnalazione GqGPCR innescata dal calcio, mentre il secondo, costituito da topi knockout per il recettore dell’inositolo-1,4,5-trifosfato di tipo 2 (ITPR2-/- knockout mice), consentiva la selettiva inibizione. A differenza degli approcci farmacologici adoperati in precedenza, questo strumento biomolecolare di indagine ha consentito ai ricercatori di manipolare direttamente e selettivamente i regolatori fisiologici dei transiti di calcio in cellule astrocitarie mature passive. Parallelamente sono stati esaminati gli effetti dell’attivazione endogena dei recettori GqGPCR in topi di ceppo naturale (wilde-type).
In una serie di esperimenti elettrofisiologici sono stati valutati i seguenti parametri: 1) la probabilità di rilascio presinaptico dei collaterali di Schaffer, 2) le correnti postsinaptiche eccitatorie spontanee (EPSC), 3) la componente mediata dai recettori NMDA degli EPSC (whole-cell) evocati dei neuroni piramidali di CA1, 4) la plasticità di breve termine e l’induzione, la magnitudine e il mantenimento del potenziamento di lungo termine (LTP) nei neuroni dell’area CA1.
I rilievi non hanno mostrato variazioni in questi parametri quando veniva modulata negli astrociti la segnalazione del calcio attraverso i GqGPCR.
Non è stata rilevata alcuna evidenza che la modificazione dei livelli di Ca2+ negli astrociti interessi la trasmissione eccitatoria spontanea o evocata.
I risultati suggeriscono che le variazioni dei livelli intracellulari di calcio nelle cellule dell’astroglia per effetto dell’attivazione o dell’inattivazione di GqGPCR o di ITRP2, non determinano effetti misurabili sulle sinapsi dei neuroni vicini. Questi risultati sembrano chiaramente in conflitto con quelli ottenuti con procedure tipiche degli studi farmacologici e, implicando che i dati ottenuti in precedenza potrebbero essere degli artefatti, getta un ombra su tutta la teoria della gliotrasmissione[2].
A nostro avviso, ciascuno dei singoli aspetti implicati in questo lavoro meriterebbe una discussione specialistica che esulerebbe dai limiti di questo scritto, pertanto ci limiteremo ad osservare che l’esistenza di strutture gliali di tipo sinaptico, così come la presenza e il rilascio di neurotrasmettitori astrocitari, sono fatti inconfutabili, dunque la questione fondamentale che dovrà affrontare la ricerca è la comprensione dei significati e dei ruoli fisiologici della gliotrasmissione.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della
bozza e invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che compaiono
su questo sito.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] 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.
[2] Questa è, ad esempio, l’opinione di Claudia Wiedemann di Nature Reviews Neuroscience.