Astrociti identificati come "conduttori" principali del cervello
Le cellule “collose” a forma di stella si occupano di governare le connessioni tra i neuroni
Un team di scienziati ha scoperto che gli astrociti gliali sono coinvolti nella regolazione delle sinapsi inibitorie legandosi ai neuroni attraverso una molecola di adesione chiamata NrCAM.
Nell'orchestra del cervello, l'attivazione di ciascun neurone è controllata da due note - eccitatoria e inibitoria - che provengono da due forme distinte di una struttura cellulare chiamate sinapsi.
Le sinapsi sono essenzialmente le connessioni tra i neuroni, che trasmettono informazioni da una cellula all'altra. Le armonie sinaptiche si uniscono per creare la musica più squisita, almeno la maggior parte delle volte.
Quando la musica diventa discordante e a una persona viene diagnosticata una malattia cerebrale, gli scienziati in genere guardano alle sinapsi tra i neuroni per determinare cosa è andato storto.
Ma un nuovo studio dei neuroscienziati della Duke University suggerisce che sarebbe più utile guardare il direttore d'orchestra in guanti bianchi: l'astrocita.
Gli astrociti sono cellule a forma di stella che formano la struttura simile alla colla del cervello. Sono un tipo di cellula chiamata glia, che in greco significa "colla".
Precedentemente scoperti per essere coinvolti nel controllo delle sinapsi eccitatorie, un team di scienziati della Duke ha anche scoperto che gli astrociti sono coinvolti nella regolazione delle sinapsi inibitorie legandosi ai neuroni attraverso una molecola di adesione chiamata NrCAM.
Gli astrociti raggiungono con tentacoli sottili la sinapsi inibitoria e quando si toccano, l'adesione è formata da NrCAM.
I loro risultati sono stati pubblicati su Nature.
"Abbiamo davvero scoperto che gli astrociti sono i conduttori che orchestrano le note che compongono la musica del cervello", ha detto Scott Soderling, PhD, presidente del Dipartimento di Biologia Cellulare della Facoltà di Medicina e autore senior dell'articolo.
In precedenza si pensava che le sinapsi eccitatorie - l'acceleratore del cervello - e le sinapsi inibitorie - i freni del cervello - fossero gli strumenti più importanti.
Troppa eccitazione può portare all'epilessia, troppa inibizione può portare alla schizofrenia e uno squilibrio in entrambi i casi può portare all'autismo.
Tuttavia, questo studio mostra che gli astrociti conducono lo spettacolo nella funzione cerebrale complessiva e potrebbero essere obiettivi importanti per le terapie cerebrali, ha detto l'autore co-senior Cagla Eroglu, PhD, professore associato di biologia cellulare e neurobiologia presso la School of Medicine.
Eroglu è un'esperta mondiale di astrociti e il suo laboratorio ha scoperto come gli astrociti inviano i loro tentacoli e si connettono alle sinapsi nel 2017.
"La maggior parte delle volte, gli studi che indagano gli aspetti molecolari dello sviluppo del cervello e della malattia studiano la funzione genica o la funzione molecolare nei neuroni, oppure considerano solo i neuroni come le cellule primarie che sono colpite", ha detto Eroglu.
"Tuttavia, qui siamo stati in grado di dimostrare che semplicemente cambiando l'interazione tra astrociti e neuroni - in particolare manipolando gli astrociti - siamo stati in grado di alterare drasticamente anche il cablaggio dei neuroni". Soderling ed Eroglu collaborano spesso scientificamente e hanno elaborato il piano per il progetto.
Il piano era di applicare un metodo proteomico sviluppato nel laboratorio di Soderling che è stato ulteriormente sviluppato dal suo associato post-dottorato Tetsuya Takano, che è l'autore principale dell'articolo.
Takano ha progettato un nuovo metodo che ha permesso agli scienziati di utilizzare un virus per inserire un enzima nel cervello di un topo che ha etichettato le proteine che collegano astrociti e neuroni.
Una volta contrassegnati con questa etichetta, gli scienziati potrebbero prelevare le proteine contrassegnate dal tessuto cerebrale e utilizzare la struttura di spettrometria di massa di Duke per identificare la molecola di adesione NrCAM.
Quindi, Takano ha collaborato con Katie Baldwin, una associata post-dottorato nel laboratorio di Eroglu, per eseguire analisi per determinare in che modo la molecola di adesione NrCAM gioca un ruolo nella connessione tra astrociti e sinapsi inibitorie.
Insieme, i laboratori hanno scoperto che NrCAM era un anello mancante che controllava il modo in cui gli astrociti influenzano le sinapsi inibitorie, dimostrando che influenzano tutte le "note" del cervello.
"Siamo stati molto fortunati ad avere membri del team davvero collaborativi", ha detto Eroglu.
"Hanno lavorato molto duramente ed erano aperti a idee folli. La definirei un'idea folle".
Reference:
1. Tetsuya Takano, John T. Wallace, Katherine T. Baldwin, Alicia M. Purkey, Akiyoshi Uezu, Jamie L. Courtland, Erik J. Soderblom, Tomomi Shimogori, Patricia F. Maness, Cagla Eroglu, Scott H. Soderling. Chemico-genetic discovery of astrocytic control of inhibition in vivo. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2926-0
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