IL TEMPO PER FORMARE
UNA SINAPSI DOPO UNA SPINA
Da quando apriamo gli occhi al mattino, fino a quando ci addormentiamo e per ogni giorno della nostra vita, tutta l’esperienza che giunge attraverso la percezione al nostro cervello, costituisce apprendimento. Dall’elemento più debolmente registrato, che riteniamo di aver cancellato subito, alla più intensa delle emozioni che imprimerà un ricordo indelebile di fatti, persone e circostanze, tutte le tracce del mondo convogliate dai sensi, hanno un impatto sull’attività e sulla configurazione sinaptica dell’encefalo. La continua funzione di registrazione coincide con una elaborazione organizzativa delle nuove informazioni, corrispondenti a modificazioni elettriche, molecolari e strutturali, dalla quale deriva una parte del destino successivo delle esperienze, che potranno lasciare pressoché inalterato il complesso di reti locali e globali di miliardi di sinapsi, oppure modificarlo in un grado variabile e per un tempo più o meno lungo, che potrà anche coincidere con la durata della vita stessa dell’individuo, attraverso processi di stabilizzazione e consolidamento.
Al cuore di questa fisiologia c’è la plasticità morfologica dei neuroni dipendente dall’attività. Perciò non sorprende quanto è stato accertato relativamente di recente, cioè che l’attività sinaptica dipendente dall’esperienza, che induce il potenziamento di lungo temine (LTP), base cellulare della memoria, porta anche allo sviluppo di nuove spine dendritiche, accrescendo la possibilità che si formino sinapsi. Non meraviglia, anzi conferisce un elemento strutturale al quadro già noto di effetti dell’esperienza dai quali deriva la memoria.
Uno studio recente, condotto nel laboratorio di Bonhoeffer presso il Max Planck Institute of Neurobiology (Germania), ha valutato il tempo necessario perché, dopo la formazione di nuove spine dendritiche per effetto di attività sinaptica in neuroni dell’area CA1 dell’ippocampo, si generino delle giunzioni mature e funzionanti (Nägerl U. V. et al. Protracted synaptogenesis after activity-dependent spinogenesis in hippocampal neurons. J. Neurosci. 27, 8149-8156, 2007).
I ricercatori hanno misurato il lasso di tempo intercorrente dalla genesi delle spine dendritiche al costituirsi di una vera e propria sinapsi, correlando gli intervalli temporali della microscopia bifotonica con i quadri morfologici di sezioni seriali osservati al microscopio elettronico.
Perché si possa ritenere che una giunzione sia perfettamente formata, bisogna che soddisfi i seguenti criteri ultrastrutturali:
1) presenza di un bottone presinaptico,
2) fessura sinaptica riconoscibile,
3) grappoli di vescicole presso il sito di contatto fra il bottone presinaptico e la spina.
I ricercatori del Max Planck Institute hanno analizzato le spine formate per effetto della stimolazione con scariche theta di neuroni piramidali dell’area CA1 dell’ippocampo, cresciuti in sezioni organotipiche. E’ risultato che, mentre le spine che hanno solo poche ore di vita, solo raramente formano sinapsi, le spine nate da più tempo, in particolare dopo 15-19 ore, sviluppano giunzioni complete che presentano i tre elementi ultrastrutturali diacritici per il giudizio morfologico di maturità.
Questo risultato concorda con quanto emerso da uno studio recente condotto in vivo, nel quale si mostra che le spine dendritiche neoprodotte, dopo qualche giorno, formano nuove sinapsi funzionanti. In più, rispetto a questo studio, Nägerl e colleghi forniscono una descrizione dettagliata delle prime ore che seguono la sinaptogenesi dipendente dall’attività. Infatti, chiariscono che entro un tempo breve, nell’ordine delle decine di minuti, si formano i contatti delle spine neonate con bottoni presinaptici già esistenti, e poi, nel corso di molte ore, questi abbozzi di giunzioni lentamente maturano in sinapsi completamente strutturate.
La presente nota riassume la prima parte di un lungo
intervento sulla sinaptogenesi, tenuto in collaborazione con Giuseppe Perrella,
presidente di BM&L-Italia, al Seminario Permanente sulle Sinapsi.