Come neurogenesi e cognizione sono accresciute da
esercizio volontario
ROBERTO COLONNA
NOTE
E NOTIZIE - Anno XV – 06 maggio 2017.
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]
È stato provato che l’esercizio motorio promuove
l’apprendimento e la memoria, e che questi processi cognitivi sono migliorati
in stretta associazione con un incremento della genesi di nuovi neuroni
nell’ippocampo. Zang e colleghi hanno condotto una sperimentazione in cui la
subunità β della Glicogeno sintetasi chinasi-3 (GSK3β, da Glycogen synthase kinase-3)
poteva essere significativamente regolata dall’esercizio, e la modulazione
dell’attività di GSK3β poteva incrementare la neurogenesi nel cervello adulto
e la memoria. Per conoscere il meccanismo mediante il quale l’attività fisica
migliora la funzione cognitiva accrescendo la produzione di nuovi neuroni e il
ruolo che l’enzima GSK3β svolge in questo processo, i ricercatori hanno
definito un modello murino di esercizio volontario, che ha consentito loro di
esaminare nel giro dentato dell’ippocampo l’espressione e l’attività di
GSK3β e delle vie di segnalazione associate.
I risultati sono di notevole interesse.
(Zang J., et al. Voluntary exercise increases adult hippocampal neurogenesis by increasing GSK-3β activity in mice. Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.04.024, 2017).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Pathophysiology, School of
Medicine, Institute of Brain Research, Jinan University, Guangzhou (Cina); Department of Pharmacology, School of Pharmaceutical
Sciences, Guangzhou Medical University, Guangzhou (Cina);
Department of Neurochemistry, New York State University for Basic Research in
Developmental Disabilities, Staten Island, NY (USA).
L’azione di promozione della neurogenesi da parte
dell’esercizio fisico si conosce da molto tempo[1], e da
altrettanto tempo si conoscono effetti positivi su processi cognitivi quali
quelli implicati nell’apprendimento e nella memoria[2]. Ma
solo di recente si stanno cominciando a comprendere i meccanismi molecolari che
legano l’attività motoria volontaria, e dunque l’esercizio muscolare
intenzionale, alla produzione di nuovi neuroni. In proposito, una recensione di
un lavoro del 2013 ci offre lo spunto per una citazione introduttiva:
“La neurogenesi da esercizio motorio, come quella che tipicamente si verifica nell’ippocampo di topi e ratti che corrono in una ruota, è un fenomeno studiato e conosciuto da tempo, come da anni sono noti i suoi effetti sulle prestazioni cognitive. La costante attenzione della nostra società scientifica per gli sviluppi della ricerca in questo campo è documentata dalle numerose note di recensione di lavori sperimentali e dagli incontri di aggiornamento e discussione che sono stati promossi dai nostri soci[3].
Sebbene molto si sia compreso e si stia
comprendendo, i meccanismi molecolari che accoppiano l’attività motoria
all’effetto pro-mitotico non sono ancora pienamente decifrati. Il rapporto fra
l’azione dei sistemi serotoninergici, ossia della segnalazione basata sul
rilascio di 5-HT (5-idrossitriptamina), e la produzione di nuovi neuroni nel
cervello di mammiferi adulti per effetto dell’esercizio, è stata indagata da Friederike Klempin e colleghi. I
ricercatori hanno impiegato topi deficitari nella triptofano idrossilasi 2
(TPH2), cioè mancanti del gene Tph2,
e conseguentemente non in grado di effettuare la prima tappa della biosintesi
di 5-HT […]. Un po’ a sorpresa, i ricercatori hanno rilevato che i topi con
deficit di Tph2 mostravano una
normale neurogenesi ippocampale di base, ma una proliferazione indotta
dall’attività decisamente compromessa.[…]
Il complesso degli elementi emersi
dall’osservazione, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura del testo
integrale del lavoro originale, suggerisce che la serotonina gioca un ruolo di
regolazione diretto ed “acuto” nella neurogenesi ippocampale dipendente
dall’attività motoria dell’animale. Sulla base di queste premesse, il prosieguo
degli studi finalizzati alla comprensione della neurogenesi indotta da
esercizio fisico, potrebbe offrire opportunità di prevenzione e non solo
terapeutiche nella depressione e nel declino cognitivo dipendente dall’età.”[4]
I progressi compiuti nei quattro anni seguenti sono
significativi, così come è rilevante lo studio delle alterazioni della
neurogenesi nei disturbi mentali[5],
oggetto di una recensione contestualmente pubblicata.
Zang e colleghi, nel loro modello murino di
esercizio volontario finalizzato a stimolare la neurogenesi, hanno rilevato
innanzitutto un previsto aumento del processo di neurogenesi nel giro dentato
del cervello adulto accanto ad un miglioramento delle prestazioni cognitive, e
poi un’accresciuta espressione di GSK3β dopo l’esercizio fisico. A questi
rilievi si deve aggiungere l’aumento di attività della via dell’insulina, che
regola negativamente GSK3β.
I dati di maggior rilievo sono però il
riconoscimento dell’attivazione della via del recettore D1 della dopamina (DARP
D1 pathway)
e della protein-chinasi attivata dall’adenosina-5-monofosfato (AMPK), in quanto
indicano un rapporto diretto fra GSK3β e neurogenesi.
In conclusione, l’insieme dei dati emersi dallo
studio dimostra che l’esercizio volontario promuove la cognizione e la
neurogenesi nel giro dentato ippocampale del topo adulto, mediante la
regolazione dell’espressione e dell’attività di GSK3β che può essere
realizzata attraverso la via di segnalazione DARP D1 della dopamina.
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
E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1] Note e Notizie 08-09-07 L’esercizio fisico genera neuroni nell’ippocampo.
[2] Note e Notizie 22-09-07 Esercizio fisico per la memoria spaziale; Note e Notizie 21-02-09 Come i nuovi neuroni influenzano la codifica della memoria; Note e Notizie 04-07-09 La melatonina modula la sopravvivenza dei nuovi neuroni; e poi: Note e Notizie 28-03-09 I nuovi neuroni sono salvati dall’apprendimento (PRIMA PARTE), fino a 18-04-09 (TERZA PARTE).
[3] Si raccomanda la lettura dei numerosi scritti di argomento connesso che compaiono sul sito (si vedano le indicazioni al termine della recensione sotto il titolo: “RIFERIMENTI PER APPROFONDIRE”).
[4] Note e Notizie 18-05-13 La neurogenesi da esercizio motorio richiede serotonina.
[5] Note e Notizie 06-05-17 La neurogenesi cerebrale è anomala nelle malattie psichiche.