Amigdala e nuovo circuito alimentare

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 16 settembre 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]

 

La sopravvivenza degli organismi animali è strettamente dipendente dai complessi comportamenti che consentono l’assunzione del cibo e dai meccanismi a ricompensa a questi correlati. Le basi neurobiologiche da tempo individuate e studiate, quali i nuclei laterale, perifornicale e ventromediale dell’ipotalamo, e il sistema dopaminergico mesolimbico, hanno una lunga storia nella ricerca neurofisiologica; alla conoscenza dei processi che avvengono in tali strutture, in rapporto alle funzioni appetitive e di consumo, si è aggiunta più di recente quella relativa a meccanismi di rete, cellulari e molecolari che implicano l’intervento di neuroni di varie altre aree del cervello.

La funzione di regolazione del comportamento alimentare che ha luogo al di fuori dell’ipotalamo e del sistema mesolimbico è ancora scarsamente conosciuta. Al nucleo centrale dell’amigdala (CeA, da central amygdala) è stato riconosciuto un ruolo nell’alimentazione e nell’attività del sistema a ricompensa cerebrale, ma i neuroni e i circuiti che specificamente regolano questa funzione sono rimasti finora sconosciuti.

Rudiger Klein, Amelia M. Douglass e colleghi hanno condotto uno studio grazie al quale sono riusciti a definire i meccanismi neuronici mediante i quali le cellule del nucleo centrale dell’amigdala promuovono l’assunzione di cibo.

(Douglass A. M., et al. Central amygdala circuits modulate food consumption through a positive-valence mechanism. Nature Neuroscience Epub ahead of print doi:10.1038/nn.4623, 2017).

La provenienza degli autori è la seguente: Max Planck Institute of Neurobiology, Martinsried (Germania); Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, Basel (Svizzera); Max von Pettenkofer-Institute & Gene Center, Ludwig-Maximilians-University Munich, Munich (Germania); Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Munich (Germania).

In un recente articolo di Lorenzo Borgia su uno studio che ha riconosciuto fattori genetici ed ambientali responsabili dell’infiammazione ipotalamica associata all’obesità (Note e Notizie 10-06-17 Perché gli obesi hanno infiammazione ipotalamica)[1], si fornisce una sintetica introduzione ai principali meccanismi di controllo dell’alimentazione, che riportiamo qui di seguito:

Eleganti esperimenti di parabiosi, che associavano un topo normale ad uno mutante portatore di una mutazione omozigotica recessiva del gene obesity (ob) responsabile di obesità ed ipotermia, avevano dimostrato che i mutanti mancavano di un segnale circolante proveniente dai depositi di grasso in grado di controllare a feedback l’assunzione di cibo e a feed-forward il dispendio energetico. Altri esperimenti avevano dimostrato che i topi con una mutazione omozigote per il gene diabetes (db), invece di mancare del segnale, mancavano di un recettore. Circa 25 anni dopo i primi esperimenti di parabiosi, Jeffrey Friedman e colleghi identificarono il segnale in un peptide circolante che fu chiamato leptina (dal greco leptos = snello, sottile, magro). La leptina è trasportata attraverso la barriera emato-encefalica ed agisce nel cervello e alla periferia su recettori che sono membri della superfamiglia dei recettori ad elica.

La leptina circolante e l’insulina interagiscono con i loro recettori situati sulla membrana di due popolazioni di neuroni del nucleo arcuato dell’ipotalamo mediale. Queste due popolazioni neuroniche rispondono in maniera opposta a leptina e insulina: una rilascia due segnali anabolici, ossia il peptide Y (NPY) e l’AGRP (agouti-related peptide)[2], l’altra rilascia due segnali catabolici, ossia α-MSH e CART. Fasci di proiezione diretti dal nucleo arcuato dell’ipotalamo alle regioni paraventricolare e laterale dell’ipotalamo, da oltre mezzo secolo note per il loro controllo sulla funzione alimentare, riverberano gli effetti della segnalazione di leptina e insulina circolante.

Anche se queste componenti ipotalamiche sono le più note e studiate per la comprensione della fisiologia del rapporto tra funzione alimentare e metabolismo, il circuito neurale responsabile dell’equilibrio energetico è più esteso e distribuito nell’encefalo. In particolare, importanti componenti sono nel complesso vagale dorsale sito nella porzione caudale del tronco encefalico[3].

Torniamo ora allo studio qui recensito.

Impiegando tecniche di manipolazione in vivo ed imaging del Ca2+ nel topo, Klein, Douglass e colleghi hanno rilevato che i neuroni inibitori GABAergici dell’area centrale dell’amigdala (CeA), esprimenti il recettore per la serotonina Htr2a, modulano il consumo di alimenti, promuovono il rinforzo positivo e sono continuamente attivi in vivo durante l’assunzione di cibo.

Ricordiamo che i recettori 5-Ht2a si trovano sulla membrana post-sinaptica nelle giunzioni serotoninergiche, prevalentemente nella corteccia cerebrale del lobo frontale, ma sono addensati anche nel claustro, nel nucleo accumbens, nell’amigdala, nell’ippocampo, nel tubercolo olfattorio e nei nuclei della base costituenti il corpo striato. Nella corteccia, questi recettori sono localizzati sia sugli interneuroni inibitori GABAergici sia sui neuroni piramidali di proiezione glutammatergici; l’elevata espressione corticale ha suggerito un ruolo di questo sub-tipo recettoriale nei processi integrativi e cognitivi di alto livello. Poco studiata la loro fisiologia nel sistema limbico, e nell’amigdala in particolare. È noto che la loro stimolazione nel sistema nervoso centrale produce ipertermia ed accresciuta secrezione dell’ACTH. I meccanismi effettori dell’azione consistono sostanzialmente nella stimolazione della fosfolipasi C e nella chiusura dei canali del K+. Infine, si ricorda che farmaci antipsicotici quali clozapina e olanzapina sono antagonisti ad alta affinità di questi recettori[4].

I ricercatori, con metodi di esame elettrofisiologici, anatomici e comportamentali, hanno accertato che la modulazione dell’attività alimentare, così come il rinforzo associato, sono dovuti a meccanismi intra-amigdaloidei nell’area dell’amigdala centrale, e a meccanismi mediati da un circuito ad ampio raggio.

Infine, Klein, Douglass e colleghi hanno rilevato e dimostrato che i neuroni CeAHtr2a ricevono segnalazioni in entrata da regioni rilevanti per la fisiologia dell’alimentazione.

Presi insieme tutti i risultati ottenuti, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo dell’articolo originale, illustrano il modo in cui specifici circuiti neurali dell’amigdala centrale regolano positivamente il consumo di alimenti da parte dell’animale.

Questo studio aggiunge un’importante tessera al mosaico di elementi che compongono l’articolata neurofisiologia della funzione alimentare, aiutandoci a renderci conto, tanto della complessità delle basi biologiche di un’attività di importanza primaria per la vita, quanto del grande lavoro di ricerca che sarà ancora necessario per avere un quadro fisiologico esaustivo.

 

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”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-16 settembre 2017

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Si ricorda che l’infiammazione dell’ipotalamo e la gliosi sono processi che precedono lo sviluppo e l’accumulo di grasso tipico degli obesi. Recentemente è stato scoperto un meccanismo di segnalazione astrocitaria (IKKβ/NF-KB) necessario tanto per l’infiammazione dell’ipotalamo quanto per il conseguente sviluppo di obesità. Douglass J. D., et al., Astrocyte IKKβ/NF-KB signaling is required for diet-induced obesity and hypothalamic inflammation. Mol Metab. 6 (4): 366-373, 2017.

[2] Questa molecola è un antagonista endogeno dei recettori della melanocortina MC3 ed MC4; l’agonista endogeno è l’α-MSH, che viene rilasciato dagli ormoni del nucleo arcuato quando l’organismo è in stato catabolico.

[3] Note e Notizie 10-06-17 Perché gli obesi hanno infiammazione ipotalamica.

[4] Cfr. Hensler J. G., Serotonin in Basic Neurochemistry (Brady, Siegel, Albers, Price), pp. 317-318, AP Elsevier, 2012.