Come l’esercizio motorio induce BDNF e benessere nel cervello
ROBERTO COLONNA
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 11 giugno 2016.
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]
Da tredici anni la scuola neuroscientifica della nostra società ha fornito un proprio contributo di documentazione e didattica a sostegno dell’importanza dell’esercizio motorio nel trattamento dei disturbi d’ansia e della depressione, oltre che nella promozione del benessere cerebrale e psico-fisico in condizioni fisiologiche.
I numerosi effetti benefici dell’attività fisica sul cervello, che vanno dall’incremento corticale e sottocorticale di flusso ematico ed apporto di ossigeno al miglioramento di prestazioni cognitive, tono affettivo ed equilibrio emozionale, hanno numerosi mediatori molecolari che sono stati oggetto di ricerca negli ultimi due decenni. Un particolare interesse ha suscitato il BDNF (brain derived neurotrophic factor), un fattore trofico che ha dimostrato la capacità di alleviare i sintomi degli stati ansiosi e della condizione depressiva. Un passo fondamentale per la manifestazione dei benefici dell’attività motoria è costituito dall’induzione da parte dell’esercizio dell’espressione del gene Bdnf che codifica il polipeptide BDNF. Il meccanismo molecolare di questa induzione non è ancora bene compreso.
Sama F. Sleiman e undici colleghi hanno identificato per la prima volta una molecola endogena, ossia l’acido β-idrossibutirrico che, rilasciato dopo l’esercizio fisico, è capace di indurre promotori chiave del gene codificante il BDNF (Sleiman S. F., et al., Exercise promotes the expression of brain derived neurotrophic factor (BDNF) through the action of the ketone body β-hydroxybutyrate. Elife – Epub ahead of print doi:10.7554/eLife.15092, 2016).
La provenienza
degli autori è la seguente: Molecular Neurobiology Program, Skirball Institute of Biomolecular Medicine, Department of
Cell Biology, Physiology & Neurosciences and Psychiatry, New York
University Langone Medical Center, New York (USA); Department
of Natural Sciences, Lebanese American University, Byblos, Lebanon (Libano); Stanley Center for Psychiatric Research, The Broad
Institute of MIT and Harvard, Cambridge, Massachusetts (USA).
Il BDNF è un fattore di crescita della famiglia delle neurotrofine ed è stato il secondo fattore neurotrofico ad essere purificato dal cervello (Barde et al., 1982) dopo il fattore di crescita della cellula nervosa (NGF) studiato da Rita Levi-Montalcini. La sequenza del DNA che codifica il BDNF presenta una similarità notevole con quella dell’NGF, particolarmente in alcuni domini, tanto da suggerire che tali peptidi siano il prodotto di una famiglia di geni (Barde, 1994), cui si è dato, appunto, il nome di neurotrofine. Le neurotrofine 3 e 4 (NT3 e NT4) sono state scoperte subito dopo il BDNF.
Il BDNF è ampiamente espresso nel’encefalo dei mammiferi, dove supporta la sopravvivenza di specifiche popolazioni di neuroni, fra le quali sono incluse quelle che si perdono in varie malattie neurodegenerative: i motoneuroni spinali che degenerano nella SLA, i neuroni dopaminergici della substantia nigra mesencefalica che degenerano nella malattia di Parkinson, i neuroni colinergici del proencefalo basale che degenerano nella malattia di Alzheimer. Per inciso si ricorda che la sopravvivenza di tutte queste cellule nervose può essere promossa da altri fattori e che l’interazione fra questi fattori e i loro possibili impieghi terapeutici rappresentano sfide che stanno impegnando attualmente la ricerca.
Ricerche recenti sul cervello hanno dimostrato che il BDNF influenza vari aspetti dello sviluppo e della funzione delle cellule nervose del sistema nervoso centrale, inclusa la differenziazione, lo sviluppo e la crescita dell’albero dendritico e la genesi delle sinapsi, oltre alla sopravvivenza dei neuroni stessi. Il rilascio sinaptico di glutammato da parte del neurone presinaptico regola la sintesi e il rilascio di BDNF da parte della cellula post-sinaptica.
L’elenco di dati e nozioni emersi dalla ricerca recente su questa neurotrofina è molto lungo, qui ci limitiamo a ricordare che è stato studiato il suo ruolo in numerosi disturbi psichiatrici incluse le sindromi ansiose, i disturbi del comportamento alimentare e i deficit cognitivi.
Sama F. Sleiman e colleghi hanno preso le mosse da alcuni elementi emersi dagli studi più recenti, in particolare dagli effetti positivi esercitati sulla trascrizione del gene Bdnf da dosi farmacologiche di inibitori di HDAC. Ma tali inibitori sono piccole molecole che non hanno un equivalente in vivo. I ricercatori hanno allora cercato e trovato in un corpo chetonico la molecola che, rilasciata dopo esercizio fisico protratto, ha la capacità di indurre promotori chiave del gene Bdnf di Mus musculus: il β-idrossibutirrato.
Si tratta di un metabolita che incrementa dopo un’attività motoria prolungata ed induce le attività dei promotori di Bdnf, in particolare il promotore 1, che è un promotore “dipendente dall’attività”.
L’acido acido β-idrossibutirrico o acido 3-idrossibutanoico (IUPAC) è un acido carbossilico dalla formula bruta C4 H8 O3 che, per avere un ossidrile (OH) legato al carbonio 3, è considerato un β-idrossiacido. Insieme con l’acetone e l’acido acetoacetico è un corpo chetonico formato in abbondanza dall’organismo in una condizione fisiologica particolare, quale il digiuno protratto, e in condizioni patologiche quali il diabete ed altre sindromi chetoacidosiche. È considerato un potente afrodisiaco perché in grado di prolungare l’erezione.
Sleiman e colleghi hanno scoperto che l’azione del β-idrossibutirrato è specifica su HDAC2 e HDAC3, i quali agiscono su promotori selettivi di Bdnf.
I ricercatori hanno poi sperimentato la diretta applicazione ventricolare del β-idrossibutirrato allo scopo di studiare l’espressione nei neuroni dell’ippocampo dei geni Bdnf. I rilievi elettrofisiologici hanno indicato che il β-idrossibutirrato causa un aumento nel rilascio di neurotrasmettitore, che è dipendente dal recettore TrkB.
I risultati ottenuti da Sleiman e colleghi rivelano un meccanismo endogeno che offre una prima spiegazione di come l’esercizio fisico possa determinare l’induzione di BDNF.
L’autore della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza ed invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
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