Scoperto un sottosistema nigrostriatale e
ipotizzato il suo ruolo
ROBERTO COLONNA
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 24 settembre 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]
Il sistema di fibre dopaminergiche che dalla parte compatta e dalla parte reticolata del nucleo mesencefalico detto Substantia Nigra di Sömmering o sostanza nera giungono alle formazioni grigie telencefaliche dello striato è da molti anni una delle più studiate unità funzionali dell’encefalo dei mammiferi, e di quello umano in particolare. L’interesse per il suo ruolo nel complesso dei circuiti che integrando le informazioni provenienti dal cervelletto definiscono gli automatismi di regolazione e controllo di tutto il movimento, non accenna a diminuire, nonostante i progressi nelle conoscenze delle sue parti specializzate, come la componente che origina dall’area compatta della sostanza nera ed è direttamente implicata nella malattia di Parkinson.
Proprio lo studio delle basi delle sindromi motorie causate da malattie neurodegenerative dei gangli basali ha consentito ai ricercatori di comprendere che il grado di acquisizioni raggiunto può considerarsi un primo livello di conoscenza di una realtà funzionale che richiede ancora un grande impegno sperimentale per essere decifrata completamente.
In effetti, il sistema dopaminergico nigro-striatale, con la via nervosa di ritorno striato-nigra, forma un circuito ad anello (loop-circuit) di cruciale importanza per la funzione della dopamina nella modulazione del movimento e del tono dell’umore nell’ambito degli stati della mente.
Jill R. Crittenden, con un team di ricerca coordinato da Ann Graybiel[1], ha identificato un sottosistema specializzato all’interno di questo circuito ad anello.
Impiegando nuovi modelli murini e facendo ricorso all’espansione tessutale per ottenere immagini in nanoscala (expansion microscopy), i ricercatori hanno dimostrato che fibre striato-nigre originate in striosomi formano arborizzazioni simili a bouquet, innervanti blocchi di neuroni contenenti dopamina e i loro dendriti strettamente fascicolati ed estesi ventralmente. A queste particolari formazioni gli autori dello studio hanno dato il nome di striosome-dendron bouquets.
All’interno
di tali strutture, assoni striosomali e dendriti contenenti dopamina sono
intimamente interconnessi, così come lo sono altri afferenti ed espansioni di
elementi cellulari della glia. La sorprendente selettività dell’output striosomale verso i bouquet suggerisce che queste
particolari formazioni possano esercitare un controllo potente ed altamente specifico
su elementi di rilievo funzionale del sistema dopaminergico, tanto in
condizioni fisiologiche quanto negli stati patologici (Crittenden J. R., et al. Striosome-dendron bouquets highlight a unique striatonigral
circuit targeting dopamine containing neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of
print doi: 10.1073/pnas.1613337113, 2016).
La provenienza
degli autori è la seguente: McGovern Institute for Brain Research, Department
of Brain and Cognitive Sciences, Department of Biology, Department of
Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of
Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts (USA); Department of Biology and
National Center for Behavioral Genomics, Brandeis University, Waltham,
Massachusetts (USA); Laboratory of systems Neuroscience, National Institute of
Mental Health (NIMH), Bethesda, Maryland (USA).
I sistemi neuronici dell’encefalo che adottano la dopamina quale neurotrasmettitore influenzano potentemente il controllo del movimento e la motivazione, contribuendo in maniera rilevante e significativa alla modulazione del comportamento motorio e degli stati funzionali della mente. Lo studio di tali sistemi procede da oltre mezzo secolo e già da anni si è affermata la convinzione che, almeno in termini morfologici, ben poco sia rimasto da scoprire. In altri termini, si è ritenuto che le numerose e dettagliate analisi anatomiche di livello macro e microscopico avessero esaurito la definizione di ogni aspetto dell’identità strutturale di questi circuiti. Per questo, lo studio qui recensito, sebbene abbia preso le mosse da osservazioni precedenti, caratterizzando dei dispositivi di collegamento veramente particolari all’interno del sistema e dimostrando la specificità distintiva di un sottoinsieme, ha compiuto una scoperta realmente inattesa.
Jill Crittenden e colleghi hanno rilevato, descritto e dimostrato che fibre assoniche striato-nigre, che emergono da striosomi, formano delle arborizzazioni assolutamente insolite che assomigliano a dei bouquet e raggiungono sia fasci di ramificazioni dendritiche che contengono dopamina e si estendono ventralmente sia blocchi dei loro pirenofori di origine, ossia grandi gruppi di corpi cellulari di neuroni localizzati nella sostanza nera.
Il tracing retrogrado ha dimostrato che tali blocchi di corpi cellulari della sostanza nera a loro volta proiettano al corpo striato costituendo parte della classica via nigro-striatale.
Su questa base si può ritenere che tali formazioni striosomali dendritiche, o striosome-dendron bouquets, con ogni probabilità rappresentano un sottosistema o dei sottosistemi specializzati del circuito rientrante ad anello nigro-striato-nigro che è interessato in disturbi del movimento e, in particolare, nella malattia di Parkinson.
All’interno dei dispositivi a bouquet, la microscopia ad espansione ha ottenuto la risoluzione individuale di numerose fibre striosomali, mostrandone in dettaglio la costituzione e le connessioni. Tali fibre appaiono infatti strettamente embricate con i dendriti contenenti dopamina, ma anche con altri afferenti molto ben caratterizzati: 1) terminali di fibre eccitatorie glutammatergiche rivelate da marker per l’acido glutammico, il neurotrasmettitore eccitatorio di gran lunga più impiegato nell’encefalo; 2) assoni inibitori rilascianti GABA, etichettati mediante marker dei neuriti GABAergici; 3) fibre colinergiche, anche in questo caso riconosciute mediante marker; 4) astrociti e fibre astrocitarie riconosciute mediante marker e rilevazione di connessina 43 (punta), caratteristica delle cellule astrogliali della materia grigia centrale.
L’ipotesi funzionale avanzata da Crittenden, Graybiel e colleghi propone che ciascun complesso striosoma-dendriti costituisca un’unità integrativa specializzata all’interno del sistema di neuroni dopaminergici della sostanza nera.
Più in generale, cercando di ipotizzare un ruolo di questo sottosistema nella fisiologia cerebrale, si deve tener conto dell’evidenza di un’importante afferenza agli striosomi da parte di neuroni della corteccia cerebrale localizzati in aree appartenenti a regioni poste in relazione con il controllo del tono dell’umore e dello stato psichico motivazionale. E si deve considerare anche la loro funzione di collegamento con il “rinforzo” e il processo decisionale. Su questa base si può dedurre che il complesso striosome-dendron bouquets abbia un ruolo critico per la fisiologia e la fisiopatologia cerebrale legate alla dopamina, ma per un’esatta definizione e dimostrazione dei processi sarà necessario un lungo iter di lavoro sperimentale.
L’autore della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza ed invita alla
lettura degli scritti di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E
NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
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[1] La scorsa settimana abbiamo recensito uno studio condotto da Ann Graybiel e colleghi che aveva per oggetto la scoperta di un meccanismo molecolare del fattore di regolazione che interviene nello sviluppo del linguaggio umano (Note e Notizie 17-09-16 Foxp2 controlla la comunicazione verbale inibendo Mef2c).