SCOPERTO UN MECCANISMO
VELOCE DI OMEOSTASI SINAPTICA
Lo studio dei complessi meccanismi molecolari dell’omeostasi sinaptica è appena agli inizi, eppure si è già accumulata una notevole mole di dati che suggerisce le vie da percorrere nelle ricerche future. La giunzione muscolare di Drosophila melanogaster, ormai considerata un modello classico per lo studio dell’omeostasi, ha consentito di individuare meccanismi pre-sinaptici in grado di compensare le alterazioni post-sinaptiche prodotte dai ricercatori. Ad esempio, la riduzione artificiale della risposta della cellula muscolare di Drosophila allo stimolo eccitatorio del glutammato -neuromediatore nella giunzione dell’insetto- induce un aumento del rilascio del trasmettitore in proporzioni tali da conservare l’eccitazione fisiologica. E’ stato dimostrato che tale fenomeno è dovuto ad un meccanismo omeostatico che richiede alcuni giorni per entrare in funzione.
Frank e collaboratori hanno condotto una serie di esperimenti che ha rivelato l’esistenza di un meccanismo rapido in grado di contribuire all’equilibrio sinaptico nella giunzione neuromuscolare di Drosophila; i risultati di questa ricerca sono stati dettagliatamente illustrati da Nicole Cardon all’incontro di giovedì 25 gennaio 2007 del Seminario Permanente sulle Sinapsi di Brain Mind & Life Italia (Frank C. A., et al., Mechanisms underlying the rapid induction and sustained expression of synaptic homeostasis. Neuron 52, 663-667, 2006).
Per bloccare i recettori del glutammato nelle preparazioni di giunzione neuromuscolare, i ricercatori hanno impiegato una tossina ricavata dal veleno di vespa, la PhTox. Poi hanno osservato gli effetti della stimolazione del motoneurone: il potenziale post-sinaptico eccitatorio presentava un’ampiezza ridotta per effetto della tossina, ma, entro 10 minuti, si assisteva ad un aumento compensativo dei quanti di glutammato rilasciati, con un ripristino del potenziale post-sinaptico eccitatorio a livelli prossimi al normale. Questo fenomeno ha suggerito ai ricercatori la presenza di un processo rapido di segnalazione omeostatica, che rileva le modificazioni della risposta post-sinaptica e, con un feed-back al terminale presinaptico, ottiene un adattamento in pochi minuti.
Per cercare di identificare il meccanismo molecolare dell’omeostasi rapida, Frank e i suoi colleghi hanno resecato gli assoni dei motoneuroni innervanti il preparato; in tal modo hanno potuto verificare l’andamento dei fenomeni in assenza del rilascio evocato. L’osservazione ha consentito di stabilire che le modificazioni nell’efficacia degli eventi di rilascio spontaneo in miniatura sono sufficienti ad indurre la risposta omeostatica, e non è in gioco il meccanismo del rilascio evocato di neurotrasmettitore.
I mutanti Cacophony, ossia dei moscerini con una mutazione in una subunità-chiave di un canale del calcio presinaptico, non hanno mostrato la risposta omeostatica rapida all’azione della PhTox, perciò la proteina-canale del calcio difettiva in questi insetti deve essere un elemento importante della via molecolare per l’adattamento sinaptico veloce.
La dimostrazione da parte del gruppo di Frank dell’esistenza di questo meccanismo di omeostasi rapida, apre la strada a numerosi altri studi, fra i quali saranno di prioritaria importanza -come ha sottolineato Nicole Cardon- quelli volti ad identificare tutti gli elementi molecolari che vi prendono parte, seguiti da quelli volti a testare la presenza del meccanismo nelle sinapsi del sistema nervoso centrale di Drosophila melanogaster e, successivamente, nel sistema nervoso dei mammiferi e dell’uomo.
E’ perfino superfluo sottolineare l’importanza che avrà la comprensione del ruolo giocato da questo meccanismo di omeostasi rapida in rapporto al già noto meccanismo “lento” e, in generale, alla fisiologia dei sistemi.
L’autrice
della nota ringrazia Isabella Floriani per la correzione della bozza.