Il rilascio sinaptico regola il numero di guaine mieliniche per
oligodendrocita
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIII – 18 aprile 2015.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di
studio dei soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Non è difficile comprendere la straordinaria importanza che ha avuto la comparsa nella storia dell’evoluzione animale di un rivestimento mielinico dei neuriti delle cellule nervose, se si pensa al successo dei vertebrati rispetto alle specie prive di tali membrane gliali. Il multistrato isolante avvolto intorno agli assoni, con le sue interruzioni in corrispondenza dei nodi di Ranvier, ha sostanzialmente mutato il modo in cui l’impulso elettrico è condotto da cellula a cellula e da area ad area, incrementandone la velocità di almeno 50 volte, rispetto alle fibre prive di mielina. La possibilità di trasmettere impulsi ad una velocità tanto elevata ha consentito un incremento delle dimensioni del corpo, conservando o riducendo i tempi di percezione e di movimento; ma, soprattutto, ha consentito la possibilità di concentrare i neuroni in un unico organo centralizzato, quale l’encefalo, non avendo più la necessità di avere tanti gangli isolati e disseminati lungo tutto il corpo, in vicinanza delle strutture controllate, come accade negli invertebrati[1]. La concentrazione delle cellule nervose in un organo (cefalizzazione) e la miniaturizzazione consentita dalla mielina agli assoni che, pur essendo sottilissimi possono condurre alla velocità delle macroscopiche fibre amieliniche degli invertebrati, ha consentito la complessa varietà di integrazioni fra innumerevoli tipi neuronici, gruppi cellulari ed aree funzionali, all’origine del salto quantico nelle abilità cognitive dei vertebrati.
Basterebbe anche solo questo riferimento evoluzionistico per dare un’idea dell’importanza della mielina nelle neuroscienze e giustificare l’interesse per un nuovo ma ben dissodato campo della ricerca neurobiologica: la regolazione della formazione della mielina.
Ormai è noto da tempo che molti oligodendrociti immaturi persistono nel cervello adulto[2] e che la produzione di mielina non riguarda solo le prime fasi dello sviluppo del sistema nervoso, ma la nostra vita intera, come quella degli altri vertebrati. È ormai nozione acquisita che il processo di produzione della mielina è influenzato dall’attività degli assoni: vari meccanismi di effetti sulla mielinizzazione dipendenti dall’attività sinaptica sono stati identificati e si prevede che altri saranno scoperti nei prossimi anni. In proposito, Mensch e colleghi stanno conducendo un lavoro di sicuro interesse del quale forniscono i primi esiti in una comunicazione che sarà pubblicata su Nature Neuroscience (Mensch S., et al., Synaptic vesicle release regulates myelin sheath number of individual oligodendrocytes in vivo. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3991, 2015).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Centre for Neuroregeneration, Centre for Multiple Sclerosis Research, Euan MacDonald Centre for Motor Neuron Disease Research, University of Edinburgh, Edinburgh (Regno Unito); Department of Neuroscience, Karolinska Institute, Stockholm (Svezia).
La distinzione anatomica classica fra materia grigia e sostanza bianca, nel sistema nervoso centrale, ossia nell’encefalo e nel midollo spinale, si basa sull’apparenza morfologica determinata dall’esteso processo di mielinizzazione oligodendrocitica. Infatti, mentre la materia grigia è prevalentemente formata dai corpi cellulari dei neuroni con le loro arborizzazioni dendritiche, la sostanza bianca è costituita, oltre che da cellule gliali e vasi sanguigni, da spesse guaine mieliniche che raggiungono circa il 50% del peso totale a secco della parte alba e trasformano gli assoni dei neuroni centrali in nivei cilindrassi[3].
La guaina mielinica, che è una membrana plasmatica enormemente estesa e modificata, responsabile delle principali differenze chimiche fra la sostanza bianca e la materia grigia, forma un involucro a spirale del neurite che agisce da isolante elettrico e da facilitatore della conduzione. Il rivestimento mielinico è periodicamente interrotto in corrispondenza dei nodi di Ranvier e presenta sottili incisure o scissure di Schmidt-Lanterman, ben evidenti al microscopio ottico. La membrana eccitabile dell’assone è esposta solo all’altezza del nodo di Ranvier, dove sono concentrati i canali del Na+, e l’onda di eccitazione può saltare rapidissimamente da un nodo all’altro (conduzione saltatoria) con una velocità di propagazione estremamente più elevata di quella delle fibre amieliniche, e con un consumo di sodio decisamente più basso. Per rendersi conto dell’importanza fisiologica della guaina, basti pensare che la velocità di conduzione nelle fibre rivestite di mielina è proporzionale al diametro, mentre nei neuriti non mielinizzati è proporzionale alla radice quadrata del diametro.
L’importanza della mielina, per la funzione nervosa in generale e per i processi neuropsichici in particolare, è intuitiva, e le malattie demielinizzanti che colpiscono l’uomo, con la sintomatologia che producono, hanno contribuito ad evidenziare una molteplicità di ruoli. Notevoli progressi sono stati compiuti nel campo della proteomica mielinica del sistema nervoso centrale, e sono state caratterizzate molecole polipeptidiche specifiche di questa sezione e caratteristiche del cervello. Ma, oltre alle proteine specifiche della mielina oligodendrocitica centrale e di quella periferica formata dalle cellule di Schwann, si studiano le proteine tetraspan, le nodali, paranodali e juxtaparanodali, gli enzimi associati alla mielina, i recettori di neurotrasmettitori associati alla mielina e le proteine mieliniche minori.
Gli studi più recenti hanno concentrato l’attenzione su aspetti evolutivi e metabolici, sul mantenimento della mielina formata, sul turnover ma, soprattutto, sulla regolazione della mielinizzazione da parte di segnali provenienti dall’assone[4].
È noto che l’attività neuronica svolge un ruolo importante nella regolazione della mielinizzazione in vivo, tuttavia fino ad oggi non sono stati individuati i processi mediante i quali la funzione sinaptica realizza il compito fisiologico.
In estrema sintesi, i ricercatori del Karolinska e dei centri di eccellenza dell’Università di Edinburgo, hanno rilevato che, bloccando il rilascio di vescicole sinaptiche al livello delle giunzioni studiate a questo scopo, si determinava una compromissione del processo di mielinizzazione nel sistema nervoso centrale. In particolare, si aveva una riduzione numerica di guaine mieliniche prodotte da singole cellule oligodendrocitiche durante il loro breve periodo di formazione.
Inoltre, Mensch e colleghi hanno rilevato e documentato che la stimolazione dell’attività neuronale accresceva il numero di guaine mieliniche formate da singoli oligodendrociti.
I dati emersi indicano che l’attività delle cellule nervose del sistema nervoso centrale regola strettamente, in termini quantitativi, la capacità di mielinizzazione di singole cellule oligodendrogliali.
Concludendo, è opportuno osservare che il valore di questo contributo può essere meglio apprezzato se lo si considera quale tessera di un mosaico che si va componendo, quello della regolazione della formazione della mielina nel cervello adulto. Quando tutti i tasselli saranno stati collocati, molte funzioni saranno considerate in maniera diversa. Si intuiscono conseguenze estese e profonde, che vanno da contributi alla comprensione di come le esperienze ambientali modificano lo sviluppo del cervello nel corso della vita, a come le abilità cognitive declinano con l’invecchiamento. Ma è anche lecito aspettarsi elementi per un nuovo modo di considerare molti disturbi psichiatrici e dello sviluppo, senza contare che i meccanismi cellulari dell’apprendimento si arricchiranno di un nuovo campo, che si affiancherà a quello convenzionale della neurotrasmissione sinaptica.
L’autrice della nota ringrazia il
professor Rossi, col quale ha discusso l’argomento, e la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza, e invita alla lettura delle recensioni
di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare
il motore interno nella pagina “CERCA”).
[1] Cfr. Bullock T. H., et al., Evolution of myelin sheaths: both lamprey and hagfish lack myelin. Neurosci Lett. 48, 145-148, 1984.
[2] Psachoulia K., et al. Neuron Glia Biol. 5: 57-67, 2009.
[3] Ricordiamo che il temine cilindrasse fu introdotto da Purkinje per designare gli assoni rivestiti di mielina del SNC. Un fondamentale compendio dei maggiori studi classici di struttura, biochimica e biofisica della mielina, risale ad oltre 30 anni fa (Morell P., Myelin, Plenum Press, NY, 1984), ma conserva un valore introduttivo per una rassegna di studi ancora attuali, anche se non più recentissimi, contenuta nei due volumi di Lazzarini (Lazzarini R. A., Myelin biology and disorders. Elsevier, San Diego 2004). Per nozioni e prospettive recenti si consigliano i capitoli sulla mielina di Neuroglia [Helmutt Kettenmann & Bruce R. Ransom (editors), Neuroglia, Oxford University Press, New York 2013].
[4] Un’efficace sintesi si trova nel
paragrafo “Regulation of Myelination” in Macklin & Rasband, Formation and Maintenance of Myelin, p.
574 (569-581), in Brady, Siegel, Albers, Price (editors) Basic Neurochemistry,
8th ed., Elsevier 2012.