UN NEURONE OLFATTIVO PER LA TEMPERATURA ED ALTRE NUOVE

 

 

Le condizioni di temperatura costituiscono un parametro fondamentale per la sopravvivenza e la riproduzione degli organismi e, in effetti, l’intervallo di temperatura entro cui è possibile la vita è molto breve. Non sorprende, perciò, che questa variabile fisica abbia un’importanza che vada ben oltre la capacità di rilevare il caldo e il freddo mediante cellule specializzate. Le variazioni di temperatura, infatti, interessano tutti i processi cellulari e, al fine del mantenimento dell’omeostasi, innescano risposte trascrizionali, quali l’espressione di geni inducibili dallo stress (heat shock response) e risposte comportamentali, quali la termotassi. Si comprende, dunque, l’importanza generale della ricerca che indaga i processi mediante i quali un organismo reagisce a condizioni termiche ambientali.

Due studi recenti condotti su Caenorhabditis elegans, la specie di elezione fra i vermi per questo genere di indagini, forniscono nuovi elementi sul circuito di controllo e sui meccanismi molecolari che consentono la percezione delle variazioni di temperatura e l’induzione delle risposte appropriate. Aggiunge interesse a questi risultati il fatto che la segnalazione sensitiva di questi organismi semplici è simile a quella dei vertebrati (Kuhara A., et al. Temperature sensing by an olfactory neuron in a circuit controlling behaviour of C. elegans. Science 320, 803-807, 2008; Prahlad V., Cornelius T. & Morimoto R. I. Regulation of the heat shock response in Caenorhabditis elegans by thermosensory neurons. Science 320, 811-814, 2008).

I nematodi ed altri vermi, quando sono esposti a gradienti di temperatura, migrano verso il valore termico corrispondente a quello al quale erano stati precedentemente incubati; tale caratteristico comportamento prende il nome di termotassi ed è possibile grazie ad un circuito basato su una coppia di neuroni termosensori (AFD). Il Group of Molecular Neurobiology della Graduate School of Science della Nagoya University (Giappone), guidato da Kuhara, ha accertato che i vermi, per percepire la temperatura, oltre alle cellule note impiegano il neurone olfattivo AWC.

I ricercatori hanno studiato gli effetti di una mutazione con perdita di funzione di eat-16, un gene che codifica un omologo del regolatore nei mammiferi della segnalazione eterotrimerica delle proteine G ed è richiesto per la recezione degli odori. Gli esemplari di Caenorhabditis elegans privi di questo gene hanno mostrato una termotassi difettosa, che poteva essere compensata dall’esclusiva espressione del gene nel neurone olfattivo AWC.

Oltre a rivelare un nuovo elemento del circuito neurale che controlla la termotassi, questi risultati evidenziano una similarità fra processi mediante i quali i vermi percepiscono la temperatura e gli odori.

Il secondo dei due lavori, condotto da Prahlad e colleghi del Department of Biochemistry, Molecular Biology and Cell Biology della Northwestern University di Evanston (IL, USA), rileva che rapidi aumenti di temperatura stimolano l’espressione di chaperon proteins per mantenere la corretta configurazione delle proteine e ristabilire l’omeostasi cellulare in Caenorhabdtis elegans. Poiché la heat shock response in cellule isolate è avviata da proteine alterate nella configurazione, si riteneva che fosse autonoma dal livello cellulare, ovvero indipendente dalle cellule, ma gli esperimenti hanno dimostrato che, in questo metazoo, tale reazione dipende dai neuroni termosensori AFD.

Le mutazioni che compromettevano le funzioni dei neuroni AFD, impedivano l’espressione della hsp70 (heat-shock protein 70) nelle cellule somatiche, per temporanei aumenti della temperatura, indicando che i neuroni termosensori sono in grado di regolare una risposta che interessa tutto l’organismo.

Questi risultati potevano interpretarsi anche diversamente, attribuendoli ad una reazione generale allo stress e non a una risposta specificamente termica, perciò i ricercatori hanno deciso di sottoporre a vaglio questa ipotesi, valutando gli effetti di uno stressor cellulare chimico come il cadmio. La verifica sperimentale ha confermato che i neuroni mediano esclusivamente la risposta allo stress termico.

Prahlad, Cornelius e Morimoto hanno allora voluto verificare la risposta all’ormone di Dauer, un segnale ambientale che regola la crescita e il metabolismo, ed hanno rilevato la mediazione di AFD.

I ricercatori propongono un modello in cui questa perdita di autonomia cellulare serve ad integrare reazioni comportamentali, metaboliche e dipendenti da stress, per definire la migliore risposta dell’organismo alle variazioni ambientali.

Per la somiglianza della segnalazione sensitiva dei metazoi con quella dei mammiferi, questi due studi costituiscono un contributo importante per la comprensione dei processi che consentono ai circuiti neuronici di esercitare un controllo sulle cellule somatiche e di orchestrare il comportamento in risposta a stimoli esterni.

 

L’autrice della nota ringrazia il Presidente della Società Nazionale di Neuroscienze, Giuseppe Perrella, con il quale ha discusso l’argomento trattato e invita a scorrere l’elenco delle “Note e Notizie” di questo sito per recensioni di lavori di argomento affine.

 

Nicole Cardon

BM&L-Giugno 2008

www.brainmindlife.org