NEURONI
HUB ORCHESTRANO LA SINCRONIA NELLO
SVILUPPO
I meccanismi necessari alla definizione dei corretti
patterns di connessione durante lo
sviluppo sono ancora in gran parte ignoti, ma è certo che l’attivazione
coordinata di estesi gruppi omogenei di cellule nervose ha un ruolo rilevante.
Il quadro emergente dalle evidenze sperimentali raccolte negli ultimi anni ha
suggerito l’esistenza di pochi neuroni con connettività di ampio raggio ed alta
interconnessione, la cui funzione consisterebbe nell’orchestrare sincronizzazioni
estese ad intere reti. A queste cellule è stato dato il nome di hub neurons,
ma la loro reale esistenza non è stata direttamente provata fino ai recenti
risultati ottenuti da Cossart e colleghi dell’Institut de Neurobiologie de la
Méditerranée INSERM U901, presso l’Università del Mediterraneo di Marsiglia (Bonifazi P., et al.
GABAergic
hub neurons orchestrate synchrony in developing hippocampal networks. Science 326, 1419-1424, 2009).
Studiando sezioni ippocampali di ratto in corso di sviluppo, i ricercatori hanno potuto rilevare un comportamento corrispondente a quello previsto per i neuroni hub in sottopopolazioni di interneuroni GABAergici, ossia cellule inibitorie che impiegano come neurotrasmettitore l’acido γ-aminobutirrico (GABA).
L’ippocampo costituisce un sistema ideale per indagare l’esistenza dei neuroni hub, perché dall’area CA3 originano potenziali giganti di depolarizzazione dovuti alla sincronizzazione dell’attività all’interno della rete dei sottosistemi ippocampali.
Impiegando un indicatore di Ca2+, è stato possibile studiare la dinamica del calcio che accompagna l’attività elettrica dei neuroni di CA3 in preparati ottenuti da sezioni sottili di ippocampo di ratto di età compresa fra i 5 e i 7 giorni di vita. Sulla base dei rilievi, i ricercatori hanno costruito una mappa delle connessioni funzionali di tutte le cellule registrate seguendo questo criterio per definire la direzione e la significatività di un collegamento: una connessione fra il neurone A e il neurone B è funzionale e orientata in questa direzione, solo se l’attivazione di A precede sempre l’attivazione di B.
Con la mappatura funzionale è risultato evidente che solo poche cellule nervose erano connesse con un numero elevato di altre cellule: questa minoranza poteva perciò facilmente corrispondere alla frazione di neuroni hub, o quanto meno contenerla. Per conoscere il modo in cui cellule con gradi diversi di connettività contribuiscono alle dinamiche della rete, i ricercatori hanno stimolato i neuroni ed hanno registrato immagini dell’attività di popolazione in tempo reale. Alcune delle cellule con elevato grado di connettività (8 su 20) stimolavano interazioni di rete, ovvero funzionavano proprio da neuroni hub.
Il passo successivo del lavoro è consistito nell’identificazione del tipo cellulare responsabile di questa funzione. Sebbene nella struttura cerebrale fondamentale per l’apprendimento e la memoria di breve termine siano stati descritti numerosi profili morfo-funzionali di cellule nervose, la maggior parte rientra in due tipologie principali: cellule piramidali eccitatorie che impiegano il glutammato come neuromediatore e interneuroni che esercitano l’azione inibitoria rilasciando GABA. Pertanto i ricercatori, allo scopo di verificare a quale delle due classi appartenessero i neuroni in questione, hanno impiegato topi transgenici nei quali gli interneuroni era contrassegnati mediante fluorescenza. Il risultato non ha lasciato adito a dubbi: tutte le cellule che presentavano i requisiti degli hub neurons erano fluorescenti.
Uno studio più analitico ha rivelato che i neuroni hub identificati presentavano due tipi di morfologia assonica: 1) connessioni a lunga distanza e collaterali a distribuzione sparsa; 2) arborizzazioni fitte e localmente circoscritte. Il vaglio sperimentale ha consentito di accertare che solo il tipo 2 (con diramazioni fitte e locali) era in grado di indurre la sincronizzazione di rete[1].
In conclusione, lo studio di Cossart e colleghi dimostra l’esistenza nell’ippocampo di ratto di neuroni hub, identificandoli con una popolazione di interneuroni GABAergici e fornendo, così, un elemento nuovo per la comprensione del rapporto fra attività di singole cellule e sincronizzazione delle reti.
L’autrice della nota, che invita i visitatori del sito a leggere le recensioni di argomento connesso nelle “Note e Notizie”, ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] Non si può escludere che prolungamenti per connessioni a lunga
distanza siano stati accidentalmente troncati nelle procedure di realizzazione
dei preparati.