La glia elimina sinapsi mediante SPARC
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIII – 03 ottobre 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]
L’importanza della glia per lo sviluppo e le funzioni del sistema nervoso è un’acquisizione relativamente recente, anche per una certa resistenza a recepire i risultati della ricerca mutando una visione tradizionale che la relegava ad una funzione ancillare di sostegno strutturale e trofico del tessuto nervoso. Il ruolo della glia nello sviluppo del sistema nervoso è cruciale e, dalla scoperta della funzione della glia radiale, la ricerca in questo campo si è molto intensificata, ottenendo risultati di rilievo che ormai sono entrati nei programmi didattici di neurobiologia. Durante lo sviluppo del sistema nervoso, la formazione delle connessioni mature fra circuiti, per selezione competitiva delle sinapsi sviluppate in eccesso, ha un ruolo decisivo nella definizione del profilo funzionale delle reti. Tale processo, che costituisce un cardine della teoria darwiniana di Edelman, basata sulla selezione di neuroni e sinapsi, avviene con l’intervento della glia. È noto, infatti, che nella fase di completamento del processo di eliminazione sinaptica, le cellule gliali intervengono inglobando come in una fagocitosi gli assoni retratti da eliminare.
Un nuovo studio, condotto da Francisco J.
Lopez-Murcia, Beatrice Terni e Artur Llobet, ha accertato che una molecola
prodotta esclusivamente dalla glia, ossia la proteina acida di secrezione ricca
in cisteina SPARC (secreted protein acidic rich in cysteine),
può innescare il disassemblaggio delle connessioni avviandone l’eliminazione.
In altri termini, la glia non si limiterebbe ad intervenire nella fase finale
del processo, occupandosi dello smaltimento delle strutture neuroniche escluse,
ma avrebbe un ruolo di interprete di segnali di eliminazione che tradurrebbe
nella secrezione di SPARC quale attivatrice del processo (Lopez-Murcia F. J., et al., SPARC
triggers a cell-autonomous program of synapse elimination. Proceedings of the National Academy
of Sciences USA – Epub ahead of print doi:
10.1073/pnas.1512202112, 2015).
La provenienza degli autori è la
seguente: Laboratory of Neurobiology, Department of Pathology and Experimental
Therapeutics, University of Barcelona, Barcelona (Spagna); Bellvitge Biomedical
Research Institute (IDIBELL), Barcelona (Spagna).
Indipendentemente dall’interpretazione in termini di selezione competitiva, è un fatto accertato che l’eliminazione delle connessioni sinaptiche provvisorie, stabilite in eccesso nelle fasi precoci dello sviluppo neurale, è uno stadio fisiologico imprescindibile per la definizione e la differenziazione funzionale di tutti i circuiti che costituiscono il sistema nervoso, praticamente in tutte le specie finora studiate.
La partecipazione della glia a questo processo mediante l’inglobamento e la distruzione delle strutture assoniche appartenenti ai terminali ridondanti ed esclusi, non richiede una particolare cornice teorica; al contrario, l’ipotesi di lavoro di Lopez-Murcia e colleghi, che ha supposto un ruolo di trigger di una proteina elettivamente gliale, richiede un cambiamento di prospettiva le cui conseguenze, se confermate, contribuiranno alla definizione di un altro ruolo della glia, che si aggiunge alla ormai lunga lista che è emersa dalle ricerche recenti.
Per verificare la loro ipotesi, i neurobiologi hanno cercato le prove che la proteina di esclusiva origine gliale SPARC è implicata nella rimozione delle giunzioni interneuroniche.
SPARC, come indica il suo stesso nome, è una proteina acida di secrezione ricca di cisteina, che presenta una regione in prossimità del dominio C-terminale ritenuta in grado di mediare meccanismi molecolari connessi con la funzione qui considerata. La molecola umana, codificata dal gene 6678 (Gene ID) con localizzazione 5q31.3-q32 e nota anche come osteonectina, ON e BM-40, è una proteina associata alla matrice, richiesta dal collageno dell’osso per diventare calcificato, ma è anche implicata nella sintesi della matrice extracellulare e nella promozione di cambiamenti della forma della cellula. In alcuni studi è stata associata alla soppressione tumorale; in altri, è stata messa in rapporto con le metastasi sulla base di cambiamenti della forma cellulare che possono promuovere l’invasione da parte della cellula tumorale[1]. Per il gene umano sono state descritte tre varianti di trascrizione che codificano tre diverse isoforme di SPARC.
SPARC presenta un picco di secrezione in almeno due condizioni biologiche bene studiate:
1) rimodellamento dell’innervazione del ganglio cervicale superiore nel ratto;
2) rimodellamento della coda dei girini dell’anfibio Xenopus tropicalis.
Lopez-Murcia, Terni e Llobet hanno allestito una verifica sperimentale in vitro adoperando il contesto di microcolture di singole cellule colinergiche autaptiche[2] per la formazione di nuove sinapsi. SPARC, al cimento con le microcolture, ha mostrato il potere di inibire la genesi di nuove giunzioni in neuroni con ACh come neurotrasmettitore.
L’effetto è parso molto convincente ed ha indotto un’analisi della sua base biochimica, individuata nel dominio C-terminale, che è responsabile di un particolare processo: l’innesco del disassemblaggio di sinapsi colinergiche stabili secondo una modalità dipendente dalla concentrazione e dal tempo. La perdita di contatti sinaptici era associata alla formazione di corpi multivescicolari e lisosomi secondari.
L’effettiva rilevanza biologica di questi risultati ottenuti in vitro è stata messa alla prova con esperimenti condotti sui girini di Xenpus tropicalis.
Xenopus tropicalis, un anfibio della Famiglia delle Pipidae, del Genere Xenopus e della Specie tropicalis (secondo la classificazione del Gray risalente al 1864) noto fra i ricercatori negli USA come western clawed frog (rana occidentale dagli artigli) o tropical clawed frog, è l’unica specie di rana del genere Xenopus ad avere un corredo cromosomico diploide. Il sequenziamento del suo genoma ne ha fatto un organismo modello per gli studi di genetica, che hanno fornito informazioni complementari a quelle ottenute da Xenopus laevis (African clawed frog) con il quale talvolta è confuso[3]. X. laevis è stato uno dei vertebrati più studiati nelle ricerche di biologia dello sviluppo, sul quale furono eseguiti anche i primi esperimenti di clonazione, per fecondazione di cellule intestinali, negli anni Sessanta. Per la ricerca, il modello di studio di X. tropicalis rispetto a X. laevis presenta numerosi vantaggi, fra cui un periodo di generazione molto più breve, essendo inferiore ai 5 mesi, un maggior numero di uova e una dimensione corporea decisamente inferiore, variando da meno di 4 a un massimo di 6 centimetri di lunghezza.
Lopez-Murcia, Terni e Llobet hanno impiegato per la loro verifica il peptide 4.2, cioè una sequenza di 20 aminoacidi derivata da SPARC e in grado di mimare tutti gli effetti noti della proteina secretoria acida gliale. Il peptide 4.2 è stato iniettato nella coda di girini di Xenpus tropicalis. A circa 5 ore dalla somministrazione della sequenza aminoacidica con gli effetti di SPARC, il nuoto dei girini era gravemente compromesso, verosimilmente per la massiccia eliminazione di giunzioni neuromuscolari ed una “potatura” (pruning) delle branche degli assoni. L’iniezione della molecola sembra abbia avviato un programma autonomo dalla cellula in grado di determinare la perdita di innervazione motoria, con la conseguenza di una paralisi temporanea. Infatti, a sei giorni dall’iniezione del peptide 4.2, gli effetti paralizzanti erano pressoché scomparsi, per effetto del ricostituirsi dell’innervazione motoria con le sue sinapsi neuromuscolari.
In conclusione, SPARC ha innescato in neuroni colinergici un programma di eliminazione sinaptica autonomo dalla cellula; un programma che verosimilmente si attiva nell’organismo quando SPARC raggiunge il suo picco di concentrazione durante lo sviluppo fisiologico.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione nella stesura del testo in
italiano 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”).
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[1] Cfr. Banca dati dei National Institutes of Health (NIH), cui si può accedere dalla pagina “CERCA” del sito, con dati attualmente aggiornati al 26 settembre 2015.
[2] Ricordiamo che le microcolture di singoli neuroni autaptici, ossia che formano sinapsi solo con se stessi, si impiegano da vari decenni ed oggi sono uno standard, ad esempio, negli studi di imaging del Ca2+. In queste microcolture si ha la certezza che tutte le giunzioni studiate originano dalla stessa cellula.
[3] Si è scelto di precisare al riguardo perché l’errore, presente in alcuni siti web, si è diffuso, probabilmente per copia, fra gli studenti di alcune facoltà universitarie italiane.