Il sistema istaminergico cerebrale compensa il danno della memoria
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIII – 09 maggio 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]
Scoperte recenti hanno dimostrato che il reclutamento di circuiti cerebrali alternativi consente di compensare i deficit di memoria causati da danni a regioni encefaliche specializzate nell’integrazione e/o nell’immagazzinamento di specifiche memorie, quali l’ippocampo dorsale e l’amigdala basolaterale. In tale straordinario processo fisiologico, secondo quanto emerso da uno studio condotto da Fernando Benetti e numerosi colleghi coordinati da Patrizio Blandina[1], la neurotrasmissione istaminergica sembra svolgere un ruolo di essenziale importanza nel fornire al cervello la plasticità necessaria ad assicurare la memorizzazione di eventi salienti per l’animale in termini emozionali, mediante il reclutamento di circuiti alternativi.
L’integrità del sistema istaminergico cerebrale è necessaria per la memoria a lungo termine ma non per la memoria a breve termine dei tipici esperimenti di evitamento inibitorio (step-down inhibitory avoidance, IA). L’esaurimento di istamina nell’ippocampo o nell’amigdala basolaterale (BLA) invalida la memoria di lunga durata del compito sperimentale; l’infusione di istamina in ciascuna delle due strutture è in grado di ristabilire la memoria perduta negli animali.
L’aspetto
cruciale della sperimentazione consiste nel fatto che gli effetti di recupero
della memoria nella BLA si verificavano anche quando l’attività ippocampale era
compromessa. La fosforilazione della proteina CREB [Cyclic adenosine
monophosphate (cAMP) responsive-element-binding protein] era correlata
anatomicamente e temporalmente con il richiamo mnemonico indotto da istamina.
Su questa base, appare evidente l’importanza critica della neurotrasmissione
istaminergica per consentire al cervello la plasticità necessaria per la IA,
mediante il reclutamento di circuiti alternativi (Benetti F., et al., Histamine
in basolateral amygdala promotes inhibitory avoidance learning independently of
hippocampus. Proceedings of the
National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print
doi:10.1073/pnas.1506109112, 2015).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area del Farmaco e Salute del Bambino, Sezione di Farmacologia e Tossicologia, Università di Firenze, Firenze (Italia); Dipartimento di Medicina Sperimentale e Clinica, Università di Firenze, Firenze (Italia); Centro della Memoria, Istituto del Cervello di Rio Grande del Sud, Pontificia Università Cattolica di Rio Grande del Sud, Porto Alegre, RS (Brasile).
Le popolazioni di neuroni istaminergici cerebrali non sono state studiate tanto quanto quelle dopaminergiche o serotoninergiche per varie ragioni, non ultima la difficoltà di distinguere le cellule nervose sintetizzanti l’ammina biogena imidazolica[2] da altri tipi cellulari. Infatti, una parte considerevole dell’istamina cerebrale - o nel caso del ratto la quantità sostanziale - deriva dalle mastcellule originate dal midollo osseo e prevalenti nel talamo e nell’ipotalamo, oltre che nelle meningi e nei plessi corioidei. Non è facile distinguere l’istamina neuronica da quella delle mastcellule come si è creduto in passato[3]. Identificazioni precise di mastcellule cerebrali e durali si sono avute con metodi istologici ed istochimici. Per distinguere l’istamina neuronica da quella delle cellule di origine ematica è stato necessario impiegare roditori privi di mastcellule. Gli studi con anticorpi anti-istamina o anticorpi diretti verso il suo enzima biosintetico istidina decarbossilasi, hanno facilitato, in tutti i vertebrati studiati, l’identificazione di un sistema di neuroni istaminergici nel nucleo tubero-mammillare dell’ipotalamo basale posteriore.
La maggior parte dei ruoli fisiologici dell’istamina è correlata alla sua proprietà di accrescere l’eccitabilità neuronica. L’inibizione farmacologica dei neuroni istaminergici tubero-mammillari dell’ipotalamo (cellule TM) induce sedazione; i topi che mancano del recettore H1 per l’istamina sono sonnolenti e presentano una riduzione dell’attività locomotoria e del comportamento esplorativo. In genere, i neuroni istaminergici cerebrali, se stimolati, inducono veglia e vigilanza con risposta elettrografica di arousal. Le cellule TM scaricano esclusivamente durante la veglia e sono inibite dai neuroni GABA dell’area preottica, attivi durante il sonno. Istamina ed oressine sono i maggiori regolatori dello stato di veglia: l’istamina è maggiormente implicata nelle funzioni cognitive e le oressine maggiormente in quelle motorie e comportamentali.
L’istamina è un potente regolatore di molte funzioni ipotalamiche importanti per l’omeostasi di tutto l’organismo, per il controllo dei sistemi endocrino e neurovegetativo, per la regolazione energetica, della temperatura e, perfino, della respirazione e della pressione arteriosa. È anche considerata un potente dipsogeno, in quanto induce sete ed aumento dei liquidi introdotti bevendo. L’ammina imidazolica e i composti che accrescono la sua concentrazione extracellulare, agiscono da efficaci riduttori dell’assunzione di cibo. Studi recenti hanno poi confermato azioni anti-nocicettive, con un effetto antidolorifico esercitato in varie regioni cerebrali.
Infine, un ampio settore di studi riguarda l’implicazione dell’istamina in processi patologici del sistema nervoso centrale e in disturbi neurologici e psichiatrici.
L’interessante studio di Blandina e colleghi può essere riassunto nei seguenti 4 punti:
1) i ricercatori rilevano e riportano che l’integrità del sistema istaminergico cerebrale è necessaria per la memoria di lunga durata (long-term memory), ma non per quella a breve termine (short-term memory) della IA;
2) la fosforilazione di CREB, un mediatore cruciale nella formazione della memoria a lungo termine, era in correlazione anatomica e temporale con il recupero di memoria indotto da istamina, dimostrando l’attiva partecipazione della funzione dell’istamina in CA1 e BLA in fasi differenti del consolidamento mnemonico;
3) i ricercatori hanno accertato che l’applicazione di istamina esogena, sia nell’area ippocampale CA1 sia nella BLA, del cervello di ratti con deplezione di istamina e conseguentemente amnesici, ristabiliva la memoria a lungo termine (l’intervallo temporale del recupero di memoria si è rivelato differente per le due strutture cerebrali: di brevissima durata, immediatamente post-training, per la BLA, e di lunga durata, fino a 6 ore, per CA1);
4) la memoria a lungo termine era formata immediatamente dopo il ristabilirsi della neurotrasmissione di istamina soltanto nella BLA.
Dall’insieme dei dati emersi, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo del lavoro originale, si evince il ruolo essenziale della neurotrasmissione istaminergica nel fornire al cervello la plasticità necessaria per assicurare la memorizzazione di elementi emozionalmente rilevanti, mediante il reclutamento di circuiti neuronici alternativi.
Infine, gli autori dello studio osservano che i dati ottenuti con questa sperimentazione indicano che il sistema istaminergico comprende vie parallele coordinate, che possono costituire una riserva di plasticità compensatoria, fornendo circuiti vicarianti quando una struttura cerebrale è compromessa.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani 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] Si consiglia la lettura in Basic Neurochemistry (Brady, Siegel, Albers, Price, editors; AP, Elsevier, 2012) del capitolo sull’istamina (Cap. 16 “Histamine”, pp. 323-341) redatto da Patrizio Blandina con Leurs, Hough e Haas.
[2] Mentre lo scheletro etilaminico è in comune con le catecolamine e la serotonina, l’anello imidazolico [2-(4-imidazolil)etilammina] conferisce all’istamina proprietà specifiche come il tautomerismo (ha due forme tautomeriche), che ha un ruolo nell’attivazione di alcuni tipi di recettori.
[3] Fra i criteri adottati (oltre al frazionamento subcellulare e a criteri ontogenici) si faceva particolare affidamento sull’elevato tasso di turnover dell’istamina neuronica; si è poi accertato che le mastcellule quando attivate presentano ugualmente un alto turnover istaminico.