Come strutture di F-actina danno forma al collo delle spine dendritiche
LORENZO L. BORGIA
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 10 dicembre 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 fascino della scoperta come esperienza visiva del rinvenimento del nuovo nel percorrere uno spazio, quale quello dell’esploratore o del navigatore, è racchiuso in una forma speciale nell’indagine microscopica della materia vivente che ebbe in Antoni van Leeuwenhoek il suo padre nobile.
Per oltre due secoli, i metodi basati sull’osservazione diretta, pur nella straordinaria evoluzione di strumenti e tecniche, hanno rappresentato il cuore della ricerca biologica e oggi, anche se gli studi morfologici costituiscono un’esigua minoranza, conservano intatto un potere di attrazione basato sull’evidenza della forma, ossia sull’esistenza materiale di elementi che, ingranditi, sono equivalenti agli oggetti della nostra vita quotidiana. Negli ultimi due decenni, in varie aree delle neuroscienze, è accaduto spesso che si sia avuta l’impressione di aver esaurito ogni possibilità di nuova conoscenza mediante l’esplorazione delle forme; ma poi, ogni volta, soprattutto grazie all’impiego di nuovi strumenti e nuove tecniche, si sono riaperte vie di conoscenza morfologica che hanno restituito all’osservazione visiva il ruolo privilegiato della tradizione scientifica.
Recentemente, grazie alla microscopia a super risoluzione, è stata scoperta negli assoni e in una limitata frazione di dendriti un’organizzazione periodica del lattice actina/spettrina. Su questa base, Bär e colleghi hanno condotto uno studio che amplia le attuali conoscenze sull’organizzazione della F-actina nelle spine dendritiche.
(Bär J., et al. Periodic F-actin
structures shape the neck of dendritic spines. Scientific Reports 6: 37136 - Epub ahead of print doi: 10.1038/srep. 37136, 2016).
La provenienza
degli autori è la seguente: DFG Emmy Noether Group
“Neuronal Protein Transport”, Center for Molecular Neurobiology, ZMNH,
University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Hamburg (Germania); Combinatorial
Neuroimaging Core Facility (CNI), Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg
(Germany).
La maggior parte delle giunzioni eccitatorie sui neuroni principali del proencefalo sono sinapsi asso-dendritiche e il loro bottone sinaptico ha la sua membrana post-sinaptica nelle spine delle arborizzazioni dei dendriti (c. d. sinapsi asso-spinose). La conformazione delle spine dendritiche è definita e strettamente controllata dall’organizzazione del citoscheletro actinico. Esiste una precisa relazione fra questi dati di microstruttura e la funzione sinaptica: è stato sperimentalmente provato che le variazioni della forza sinaptica sono correlate con cambiamenti nell’aspetto morfologico della testa e del collo delle spine.
Questo importante segno di stretta relazione tra forma e fisiologia ha suggerito a molti ricercatori un approfondimento di conoscenza dell’organizzazione in nanoscala del citoscheletro actinico nelle spine dendritiche.
Allo scopo di studiare architetture biologiche subcellulari e dinamiche legate a processi molecolari che generano dirette variazioni morfologiche, negli ultimi decenni è stata impiegata la microscopia a fluorescenza con risultati di notevole portata ed utilità. L’avanzare delle conoscenze ha però portato l’interesse verso strutture sempre più piccole e tali da non poter essere risolte con la microscopia a fluorescenza standard. Nel tempo sono state messe a punto diverse tecnologie sperimentali per superare questo limite di risoluzione e, fra queste, la microscopia a super risoluzione si è rivelata uno strumento straordinariamente efficace e prezioso per la ricerca biologica, e neurobiologica in particolare[1].
Come già più sopra si è accennato, con la super-risoluzione microscopica è stata scoperta una precipua organizzazione a struttura periodica del lattice actina/spettrina[2] negli assoni e in una piccola quota di dendriti.
Bär e colleghi, lavorando su cellule mature dell’ippocampo, in particolare su neuroni primari, e su sezioni vitali della formazione essenziale per i processi di memoria e apprendimento, hanno studiato la struttura actinica, marcando la F-actina con falloidina[3] (phalloidin-Atto647N).
L’osservazione nanoscopica con tecnologia STED ha rivelato che, a differenza di quanto accade con l’evidenziazione mediante anticorpi diretti verso la spettrina β-II, la phalloidin-Atto647N evidenzia strutture periodiche dell’actina in tutti i dendriti e nel collo di quasi tutte le spine dendritiche incluse quelle simili a filopodi (fillopodia-like spines).
Questi risultati ampliano decisamente la visione corrente circa l’organizzazione F-actinica della struttura delle spine dendritiche e forniscono notevoli possibilità per la comprensione dei cambiamenti strutturali nel collo delle spine durante l’induzione della plasticità sinaptica, il trasporto attivo di organuli citoplasmatici e il tethering.
L’autore della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
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[1] Leica Microsystems, che appartiene ad una prestigiosa tradizione di ottiche fotografiche e microscopiche, fornisce sistemi che incorporano sia la tecnologia della super risoluzione confocale sia quella a campo largo, quali GSDIM e STED.
[2] L’actina, proteina globulare che costituisce i microfilamenti delle cellule e i filamenti sottili della struttura muscolare, rappresenta il 5-10% delle proteine totali delle cellule eucariotiche. Nei vertebrati sono state riconosciute tre isoforme: α-actina, β-actina, γ-actina. Ogni subunità di actina G (globulare) si può legare ad altre due subunità, formando un polimero lineare; due polimeri danno luogo ad un microfilamento, uno dei tre tipi fondamentali di filamenti che compongono il citoscheletro. L’actina filamentosa è detta actina F o F-actina.
La spettrina (o spectrina) è una proteina fibrosa del citoscheletro costituente il 75% della membrana eritrocitaria; nell’uomo è composta da dimeri di catene polipeptidiche α e β associate in un tetramero α2β2. La spettrina ha alcune omologie strutturali con la distrofina, la proteina mancante nella distrofia muscolare di Duchenne e Becker. La marcatura della spettrina si impiega per monitorare l’integrità della membrana.
[3] Tossina a struttura polipeptidica prodotta da Amanita phalloides i cui derivati fluorescenti (legame a fluorocromi) si impiegano per la colorazione dell’actina F.