Plasticità neuronale: l’intricato mondo di sinapsi e neurotrasmettitori

Il cervello umano è costituito da un numero di neuroni variabile tra alcune decine di miliardi a un centinaio di miliardi, che si scambiano continuamente segnali in forma di impulsi elettrici attraverso apposite giunzioni.

Queste giunzioni sono dette sinapsi; ed ogni neurone può presentarne più d’una ottenendo così un numero elevatissimo di possibili trasmissioni. Ma l’aspetto che più colpisce delle sinapsi è la loro plasticità: cambiano continuamente per numero e intensità. Infatti è come se venisse dato più o meno peso ad alcune piuttosto che ad altre, o che alcune vengano rimosse e altre si formino ex novo. L’insieme di questi eventi è detta appunto plasticità neuronale.

La scoperta dei ricercatori

Mriganka Sur e colleghi del Picower Institute for Learning and Memory del Massachusetts Institute of Technology ha scoperto che appena una sinapsi si rafforza, quelle vicine s’indeboliscono immediatamente grazie all’azione di una proteina cruciale, denominata Arc (da Activity-regulated cytoskeleton-associated protein).

I ricercatori hanno osservato la plasticità neuronale di alcuni topi di laboratorio cambiando il “campo ricettivo” di un neurone. Quindi è stata modificata la via di trasmissione sensoriale per uno specifico stimolo, in questo modo è stato creato un nuovo percorso per la stimolazione che coinvolgerà altre sinapsi.
Quello che si osserva è che le nuove sinapsi coinvolte, in seguito a stimolazione continua, si rafforzano a discapito delle vicine.

Sur et al. affermano che il raggio di interesse è di circa 50 micrometri. Tutte le sinapsi in questo spazio risentiranno quindi dell’effetto di potenziamento della singola. Il tutto è stato osservato grazie a strumento di microscopia elettronica che permettono di osservare ad altissima risoluzione le strutture biologiche.

Ma come avvengono i cambiamenti a livello delle sinapsi?

Sur e colleghi hanno documentato che i cambiamenti che avvenivano nelle sinapsi erano correlati all’espressione di specifici recettori presenti sui neuroni, chiamati AMPA. E l’espressione dei recettori AMPA, a sua volta, era controllata dalla proteina Arc. In altre parole, i neuroni con ridotti livelli di Arc erano in grado di esprimere più recettori AMPA, mentre quelli con elevati livelli di Arc ne esprimevano di meno.

Si tratta quindi aumento o diminuzione dell’espressione di questa proteina e della sua localizzazione. Essa infatti dal citoplasma del neurone migrerà nella regione con più alta attività sinaptica. In questo modo si avrà il suo calo di concentrazione in altre zone sinaptiche del neurone, promuovendone così l’atrofizzazione.

La scoperta è di elevato impatto poiché prima d’ora nessuno aveva capito come mai la proteina, pur agendo per indebolire le sinapsi, appariva iperattivata nei dendriti in fase di plasticità sinaptica.
Inoltre la scoperta aiuta a spiegare come potrebbero funzionare apprendimento e memoria a livello del singolo neurone poiché mostra in che modo un neurone si adegua alla stimolazione ripetuta di un altro.

Fonte: Science.org