Uno sguardo ai meccanismi della mente

Inside Neuroscience

3 maggio 2010 - 2:08 pm

Quando la memoria nasce da una stella: c’era una volta un’astrocita…

Come funziona la memoria? Quali parti del cervello sono coinvolte e quali cellule? Un mistero ancora da svelare…Opinione comune nel mondo scientifico è che gli attori principali nel meccanismo mnemonico siano i neuroni. Tuttavia, nell’encefalo esistono altre cellule, in quantità molto maggiore. E se fossero gli astrociti, le cellule-stella, a darci le risposte di questi interrogativi?

Dopotutto, queste cellule costituiscono circa il 90% del tessuto cerebrale…

Gli astrociti sono cellule gliali e sono da sempre stati considerati come elementi accessori per le funzioni cerebrali superiori, come la formazione della memoria, dal momento che mancano di eccitabilità elettrica e non comunicano tra loro come invece fanno i neuroni. Alle cellule-stella è stato dato per anni il ruolo di elementi necessari per il nutrimento e il sostegno ai neuroni. In poche parole, gli astrociti sono stati eletti a babysitter delle cellule neuronali. Tuttavia, negli ultimi anni questa ipotesi è stata smentita, perchè sono state rilevate diverse attività degli astrociti in grado di influenzare la trasmissione sinaptica tra neuroni.

Le cellule-stella, infatti, non sono silenti. Sono semplicemente dotate di un’eccitabilità differente rispetto ai neuroni: si tratta di un meccanismo che coinvolge modificazioni nella concentrazione intracellulare di calcio.

In un articolo pubblicato su Nature da Henneberger e colleghi, dell’UCL Institute of Neurology a Londra, viene mostrato un collegamento tra l’azione degli astrociti e la memoria.

La memoria è il risultato di cambiamenti a lungo termine nell’attività sinaptica dei neuroni. Queste modificazioni possono essere simulate in laboratorio per studiare i meccanismi cellulari e molecolari alla base della memoria. La metodica utilizzata da Henneberger è quella dell’LTP (Long Term Potentiation) che consiste nell’applicare alla fibre pre-sinaptiche neuronali stimoli elettrici ripetuti. Il risultato è che le sinapsi vanno incontro a rafforzamento della loro capacità di trasmettere messaggi (potenziamento delle sinapsi).

Che ruolo hanno in tutto questo gli astrociti?

Innanzitutto bisogna partire dal concetto che ogni astrocita ha un suo “dominio”, ovvero è in grado di influenzare solo un certo numero di sinapsi neuronali. Il territorio di un astrocita è di circa 140.000 sinapsi, se consideriamo l’ippocampo, la regione cerebrale maggiormente coinvolta nei processi mnemonici.

Abbiamo visto che le cellule-stella reagiscono ad un alterazione dei livelli intracellulari di calcio. Quando si somministrano, in un singolo astrocita, agenti chimici in grado di bloccare l’aumento dei livelli di Ca2+, non si evidenziano gli effetti dell’LTP sui neuroni che appartengono al territorio di quell’astrocita. La trasmissione sinaptica neuronale non viene quindi potenziata, nonostante la stimolazione elettrica costante e ripetuta, a meno che nella cellula stella non ci sia un aumento di calcio.

L’effetto a lungo termine necessario per lo stabilirsi del potenziamento sinaptico e della memoria dipende dall’azione di un particolare tipo di recettore posto sulla membrana neuronale. Si tratta dei recettori NMDA, che sono in grado di legare il neurotrasmettitore glutammato. Questa molecola viene secreta nello spazio sinaptico e trasmette il messaggio dal neurone di partenza, da cui è stato secreto, al neurone ricevente. Il glutammato ha azione eccitatoria.
Quando il glutammato si lega ai recettori NMDA, questi agiscono determinando l’apertura di canali cellulari che permettono l’ingresso di ioni e la generazione di un segnale elettrico; questo si propaga lungo la membrana del neurone, fino a giungere alla sinapsi successiva.
Per svolgere la loro azione, i recettori NMDA hanno bisogno di interagire con l’amminoacido D-serina. In assenza di questa sostanza, non sono in grado di aprire i canali ionici, e quindi l’impulso nervoso non può essere trasmesso lungo la fibra nervosa.

Studi precedenti svolti su astrociti in coltura e “fette” di ipotalamo hanno dimostrato come le cellule-stella siano in grado di produrre D-serina attraverso un meccanismo di esocitosi attivato dall’aumento del Ca2+intracellulare.
Questo vale anche per gli astrociti localizzati nell’ippocampo. I ricercatori londinesi hanno infatti dimostrato che bloccando l’aumento di Ca2+si riduce del 25% l’attivazione dei recettori NMDA. Somministrando D-serina, ecco che l’attività dei recettori viene ripristinata del tutto.

Le cellule-stella quindi interferiscono con i meccanismi di stabilimento della memoria, probabilmente attraverso la produzione di D-serina.

La domanda che emerge a questo punto è: sono gli astrociti a produrre direttamente D-serina o la loro azione consiste nel produrre altre sostanze che stimolano i neuroni a sintetizzare questo amminoacido? Henneberger e colleghi dimostrano come sia vera la prima ipotesi: utilizzando un enzima che blocca la sintesi dell’amminoacido negli astrociti l’LTP non funziona.

Tuttavia, la sostanza sfruttata per inibire la sintesi di D-serina interferisce anche con la produzione del glutammato. Rimane dunque il dubbio se le cellule-stella riescano a interferire con il meccanismo alla base della memoria attraverso la produzione e la liberazione di D-serina o di glutammato. O di entrambi.

La forza di questo studio, e la sua eleganza, sta nel fatto che gli scienziati sono riusciti a trovare il metodo per manipolare un singolo astrocita alla volta. In questo modo, si ottengono informazioni più precise sul ruolo di queste cellule e sulla loro influenza nel determinare il potenziamento delle sinapsi neuronali e quindi nello stabilirsi della memoria. Tuttavia, non è ancora chiara l’ampiezza del dominio di ogni cellula-stella.

Bisogna poi tener conto del fatto che gli astrociti sono collegati tra loro da giunzioni cellulari. Quindi, gli agenti introdotti che hanno come conseguenza l’aumento di Ca2+ in una cellula possono influenzare anche gli astrociti collegati, seppure in maniera meno intensa ed evidente.

Insomma è ormai chiaro, secondo la ricerca che vi ho presentato, che le cellule stella hanno un ruolo nel meccanismo alla base della memoria, ma sono ancora molti i dubbi su come questo avvenga. Per non parlare del fatto che ci sono altri studi in cui il ruolo di queste cellule viene ridotto notevolmente, se non addirittura negato….

Quale sarà la verità? Il seguito alla prossima puntata….

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Tags: Astrociti, Attività sinaptica, Calcio, Cellule-stella, D-serina, Glutammato, Ippocampo, LTP, Memoria, Neuroni, NMDA
  • [...] This post was mentioned on Twitter by Riccardo. Riccardo said: InsideNeuroscience > Quando la memoria nasce da una stella: c’era una volta un astrocita…: Come funziona la memori… http://bit.ly/du0URl [...]

  • Neuroscience - 3 maggio 2010 # 2

    Complimenti Valentina,

    davvero un bel post…

    ne stavo scrivendo uno molto simile anche io proprio in questi giorni.

    Alla prossima

    Pasquale

  • MarkSpizer - 3 maggio 2010 # 3

    great post as usual!

  • valentinaT - 6 maggio 2010 # 4

    ooops pasquale ti ho rubato l’idea…? O_o

    il ruolo controverso degli astrociti è un tema che mi affascina parecchio…sono curiosa di vedere dove si andrà a finire!

    grazie dei complimenti!

    PS mi sto leggendo tutti i tuoi post: l’idea del giallo sull’ischemia è grandiosa!!!!!!

    Thank you so much, Mark! ^_^

  • atreliu - 27 maggio 2010 # 5

    Brava Valentina,
    e complimenti per la qualità del tuo post: è stato affascinante leggere dei meccanismi biochimici che stanno, forse, alla base della memoria!

  • valentinaT - 27 maggio 2010 # 6

    Grazie ! :D sto giusto ora lavorando alla prossima “puntata”…questa questione della memoria e degli astrociti è abbastanza discussa….
    speriamo di vederci chiaro….^_^