IL RUOLO DEL SONNO NEL
RIEQUILIBRIO SINAPTICO
Il sonno costituisce uno stato fisiologico che, attraverso il riposo motorio e l’interruzione dell’accesso sensoriale, consente di riportare in equilibrio tutti i sistemi sottoposti ad affaticamento e stress durante la veglia. Solo pochi degli innumerevoli processi e meccanismi molecolari che sono all’opera mentre si dorme sono attualmente noti, ma notevoli progressi sono stati compiuti nella comprensione del ruolo che il sonno svolge in funzione della memoria e dell’apprendimento (Aggiornamenti – La Memoria e il Sonno; Il Sonno e la Memoria).
I due diversi patterns di espressione genica che si stanno profilando come caratteristici rispettivamente della vigilanza diurna e dell’incoscienza notturna, sembrano in gran parte associati con l’omeostasi sinaptica che consente un’efficiente registrazione ed elaborazione degli stimoli durante il giorno ed un’efficace selezione per il consolidamento durante la notte. E’ noto che durante la veglia aumentano di numero le connessioni sinaptiche ed aumenta l’espressione dei markers proteici delle sinapsi: due lavori recenti hanno documentato in Drosophila melanogaster la downregulation di questi due parametri durante il sonno, aggiungendo ulteriori prove alla teoria enunciata da Giulio Tononi[1].
I moscerini della frutta, come altri animali, manifestano un accresciuto bisogno di sonno se sperimentano un ambiente sociale più ricco o se sono sottoposti a un protocollo di esercizi che induce memoria di lungo termine; Ramanan, Donlea e Shaw del Department of Anatomy and Neurobiology della Washington University di St. Louis hanno studiato l’aumentato bisogno di sonno in mutanti per geni di cruciale importanza nei cicli nictemerali di questi insetti (Donlea J. M., Ramanan N., Shaw P. J. Use dependent plasticity in clock neurons regulates sleep need in Drosophila. Science 324, 105-108, 2009).
I tre ricercatori hanno rilevato, dopo l’esperienza sociale, un aumento dei terminali sinaptici degli assoni dei neuroni ventrali laterali (LNvs)[2] che giungono al midollo, ed hanno accertato che il loro numero si riduceva durante il sonno, ma rimaneva invariato se i moscerini erano impossibilitati a dormire. L’aumentato bisogno di sonno dipendente dall’esperienza non si rilevava in moscerini portatori di mutazioni nel gene rutabaga codificante per l’adenilil-ciclasi o nei geni-orologio period e blister (l’omologo nella Drosophila del serum response factor, SRF). L’espressione dei geni naturali nei neuroni LNv dei moscerini mutanti, ristabiliva il fenotipo normale con l’aumento del bisogno di sonno dopo la più intensa esperienza sociale.
Gilestro, Tononi e Cirelli del Department of Psychiatry, University of Wisconsin, Madison, per studiare il ruolo del sonno nell’omeostasi sinaptica, hanno indagato l’espressione di molecole pre- e post-sinaptiche nel cervello di Drosophila melanogaster durante i normali cicli sonno-veglia e nella condizione di deprivazione del sonno (Gilestro G., Tononi G. & Cirelli C. Widespread changes in sinaptic markers as a function of sleep and wakefulness in Drosophila. Science 324, 109-112, 2009).
Dalla sperimentazione è emerso che dopo periodi di veglia protratta aumentava l’espressione delle proteine che regolano l’apparato molecolare secretorio presinaptico e la densità post-sinaptica. Nei moscerini privati della normale fase di sonno, il livello di queste proteine rimaneva alto ma, quando si consentiva agli insetti di dormire, il livello delle proteine si riduceva.
Questi risultati indicano che il sonno è necessario per la downregulation delle proteine regolatrici della trasmissione sinaptica.
Un’altra osservazione interessante di Tononi e colleghi ha riguardato i lobi antennali, strutture anatomiche che aumentano di dimensioni per effetto di plasticità indotta da accresciuta funzione: i moscerini privati del sonno avevano un lobo antennale di dimensioni maggiori di quelli che avevano dormito.
Questi studi ricalcano e confermano quanto era stato osservato nel ratto, dimostrando che la veglia e l’esperienza di un ambiente ricco di stimoli sono associati a un aumento del numero e della forza delle sinapsi e che il sonno ha un ruolo nello scalare l’incremento netto delle connessioni, verosimilmente esercitando una selezione in grado di conservare solo i collegamenti rilevanti, desaturando il sistema in modo da consentire nuovi apprendimenti.
L’autrice
della nota, che invita i visitatori del sito a cercare nelle “NOTE E NOTIZIE”
le numerose recensioni di argomento connesso, ringrazia la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] Secondo Giulio Tononi, Chiara Cirelli ed altri, il sonno
regolerebbe l’intero peso sinaptico che varia per effetto della plasticità. Una
sintesi concettuale della teoria -detta anche ipotesi dell’omeostasi sinaptica-
si trova nella scheda introduttiva del già citato aggiornamento “La Memoria e
il Sonno”. Per un’esposizione dettagliata si veda in Tononi G. & Cirelli
C., Sleep function and synaptic homeostasis. Sleep Med Rev. 10, 49-62, 2006.
[2] In Drosophila
melanogaster le cellule LNvs sono neuroni-orologio che regolano
i ritmi circadiani.