Come apprendimento spaziale e LTP dipendono dalla regolazione del Calcio
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 05 novembre 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]
In una descrizione estremamente sintetica ad un livello cellulare si può dire che l’apprendimento e la memoria sono dovuti a cambiamenti nella forza delle connessioni fra neuroni in corrispondenza delle giunzioni sinaptiche. Sono importanti sia i cambiamenti di breve durata (short-term plasticity, STP) sia quelli di lunga durata (long-term plasticity, LTP). È nozione elementare in neurobiologia che la trasmissione sinaptica è avviata dai canali del calcio, che sono regolati da macromolecole proteiche che fungono da “sensori del calcio” (calcium sensor proteins); tali sensori inducono plasticità sinaptica a breve termine.
Evanthia Nanou, Todd Scheuer e William A. Catterall hanno studiato topi modificati geneticamente con una mutazione dei canali del calcio nel sito di legame dei sensori proteici del calcio, che altera la plasticità sinaptica a breve termine. Con sorpresa, i ricercatori hanno rilevato che le sinapsi nell’ippocampo di questi roditori geneticamente modificati presentavano anche la compromissione del potenziamento a lungo termine (LTP, da long-term potentiation), ossia la principale base cellulare nota della memoria e dell’apprendimento. Inoltre questi topi mutanti, ad un esame comportamentale, rivelavano deficit dell’apprendimento spaziale e della memoria.
L’interesse di questo studio consiste nel fatto che i risultati, ai quali più avanti dedicheremo un’esposizione un po’ più dettagliata, mostrano che la perturbazione della regolazione dei canali del calcio da parte dei sensori proteici altera sia la plasticità a breve termine sia quella a lungo termine, e questi deficit compromettono la capacità di apprendimento spaziale e molti elementi della memoria.
(Nanou E., et al., Calcium sensor
regulation of the CaV2.1 Ca2+ channel contributes to
long-term potentiation and spatial learning. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of
print doi: 10.1073/pnas.1616206113, 2016).
La provenienza degli autori è la seguente: Department of Pharmacology, University of Washington, Seattle WA (USA).
Molte forme di plasticità sinaptica di breve durata sono basate sulla regolazione dei canali CaV2.1 (voltage-gated Ca2+ type 2.1) presinaptici. Ma il contributo dei canali CaV2.1 ad altre forme di neuroplasticità, così come alla memoria e all’apprendimento, non è conosciuto e definito. Nanou e colleghi hanno studiato topi con la mutazione IM-AA che perturba la regolazione dei canali CaV2.1 da parte della calmodulina e proteine correlate che fungono da sensori del calcio.
Inaspettatamente, i ricercatori hanno trovato che il potenziamento a lungo termine (LTP) della trasmissione in corrispondenza delle sinapsi formate dai collaterali di Schaffer con i neuroni della regione CA1 dell’ippocampo era sostanzialmente indebolita, anche se si ritiene che questa forma di plasticità sinaptica sia generata nel comparto post-sinaptico. La risposta LTP alla stimolazione θ-burst e alla stimolazione tetanica di 100 hz era notevolmente ridotta.
Comunque, un normale livello di LTP poteva essere generato per stimolazione ripetitiva a 100-Hz o per depolarizzazione della cellula post-sinaptica per prevenire il blocco specifico per i recettori NMDA del glutammato da parte del Mg2+. La ratio delle risposte post-sinaptiche dei recettori del glutammato NMDA-specifiche rispetto a quella dei recettori del glutammato AMPA-specifiche era diminuita, ma la corrente post-sinaptica dall’attivazione dei recettori del glutammato NMDA-specifica era progressivamente aumentata durante i treni di stimoli.
Queste alterazioni della plasticità di lungo termine e la compromissione prima documentata della plasticità a breve termine nei topi IM-AA era associata con un pronunciato deficit nelle abilità di apprendimento spaziale e della memoria, in esperimenti di paura condizionata dipendente dal contesto e nel labirinto circolare di Barnes.
In conclusione, da quanto emerso nel topo, la regolazione dei canali CaV2.1 da parte dei sensori del calcio è necessaria per la plasticità sinaptica a breve termine, per il potenziamento a lungo termine, per l’apprendimento spaziale e la memoria.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
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