Recettori GABA-A nei feti Down e in condizioni fisiologiche

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 16 dicembre 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]

 

I risultati di numerosi studi recenti hanno evidenziato l’importanza della differente composizione in subunità dei recettori GABA-A del neurotrasmettitore inibitorio (ac. γ-aminobutirrico o GABA) più importante del sistema nervoso centrale dei mammiferi. La funzione, la regolazione e la distribuzione cellulare delle subunità di questa classe recettoriale sono state bene indagate e documentate nel cervello dei roditori adulti, e sono state riconosciute associazioni con numerosi disturbi neurologici. Nella considerevole mole di dati fornita dalla ricerca, sorprendentemente mancano informazioni circa la distribuzione cellulare e subcellulare delle subunità dei recettori GABA-A e la regolazione della loro espressione nel cervello fetale umano normale e patologico.

Milenkovic e colleghi di un numeroso gruppo di ricerca hanno provveduto a fornire interessanti elementi studiando, nel cervello di feti normali ed affetti da sindrome di Down, le subunità dei GABA-A nelle cellule nervose dell’ippocampo in corso di sviluppo. Il progetto di ricerca era basato sull’ipotesi che la composizione polipeptidica di questi recettori abbia un ruolo nello sviluppo di disturbi neuroevolutivi. Il lavoro, che ha consentito di realizzare una mappa regionale e subcellulare della distribuzione delle principali subunità dei recettori GABA-A nelle popolazioni neuroniche dell’ippocampo di feti normali e affetti da sindrome di Down, ha ottenuto risultati di notevole interesse.

(Milenkovic I., et al., GABAA receptor subunit deregulation in the hippocampus of human foetuses with Down syndrome. Brain Structure & Function – Epub ahead of print doi: 10.1007/s00429-017-1563-3, 2017).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Neurology, Neurodegeneration Research Group, Institute of Neurology, Center for Brain Research, Department of Molecular Neuroscience, Medical University of Vienna, Vienna (Austria); Department of Neuropathology, Academic Medical Center, Center for Neuroscience, University of Amsterdam, Amsterdam (Paesi Bassi); Department of Medical Chemistry, University of Szeged, Szeged (Ungheria); Institute of Experimental Medicine, Hungarian Academy of Sciences, Budapest (Ungheria); Department of Genetics and Behavioral Neuroscience, Gunma University School of Medicine, Maebashi (Giappone); Paracelsus Medical University, Salzburg (Austria); Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm (Svezia).

Il principale neurotrasmettitore inibitorio del sistema nervoso centrale dei mammiferi fu scoperto da Roberts ed Awapara nel 1950; studi elettrofisiologici nei 15 anni successivi dimostrarono il ruolo di mediatore chimico sinaptico del GABA. Nei decenni successivi è divenuta chiara l’importanza cruciale dei sistemi neuronici GABAergici nel sistema nervoso centrale e, in particolare, nell’encefalo: l’insieme delle funzioni corticali è condotto e regolato dall’inibizione, che svolge un ruolo fondamentale in tutti i principali circuiti di cervello, cervelletto e tronco encefalico. L’alterazione della funzione GABAergica è stata rilevata e studiata in numerosi disturbi neurologici e psichiatrici, molti dei quali caratterizzati da ipereccitabilità, che si possono ricondurre alle categorie di questo elenco sommario: 1) malfunzioni dello sviluppo, ritardo mentale, epilessia; 2) disturbi del sonno; 3) dipendenza da sostanze psicotrope (specialmente alcolismo); 4) alterazioni dell’elaborazione senso-motoria, inclusi vari tipi di disturbi dell’apprendimento; 5) schizofrenia e psicosi correlate; 6) disturbi della coordinazione motoria, quali la discinesia tardiva, la malattia di Huntington e la malattia di Parkinson.

Ormai da molti decenni si impiegano nella farmacoterapia psichiatrica molecole ad azione sedativo-ipnotica, quali le benzodiazepine, che si legano al recettore GABA-A, producendo effetti ansiolitici e favorenti il sonno fisiologico; è stato anche dimostrato che l’azione deprimente il sistema nervoso centrale dei principali anestetici generali di impiego clinico, si svolge attraverso un rinforzo della trasmissione sinaptica inibitoria mediata dai recettori GABA-A.

La sperimentazione dei primi farmaci diretti a potenziare l’azione del GABA, a causa della diffusione delle sinapsi GABAergiche praticamente in ogni area del cervello e delle altre formazioni del sistema nervoso centrale[1], determinava effetti troppo generalizzati, causando l’inibizione indesiderata di una notevole quantità di circuiti. La necessità di disporre di molecole ad azione più selettiva promosse un intenso lavoro di ricerca, che portò all’identificazione di due classi distinte di recettori: i GABA-A, che sono canali ionici del cloro regolati dal ligando, e i GABA-B, che sono recettori accoppiati a proteine G e ad una varietà di effettori.

I recettori GABA-A sono membri di una superfamiglia di canali ionici recettoriali regolati da ligando, costituiti da un pentamero pseudo-simmetrico che attraversa la membrana formando un canale ionico del Cl-. Il legame del GABA o di analoghi strutturali ad attività agonistica apre il canale ionico del cloro. In termini di struttura molecolare il complesso recettore GABA-A canale ionico è una glicoproteina eteropentamerica di circa 275 kDa costituita da combinazioni di almeno 19 diversi, ma strettamente correlati, prodotti genici polipeptidici. Le subunità sono tutte di circa 55 kDa e presentano dal 20 al 30% di identità di sequenza fra le classi, e il 70% di identità all’interno della stessa classe: α1-6, β1-3, γ1-3, δ, ε, θ, π e ρ1-3. Per la distribuzione si rimanda alle trattazioni specialistiche, e si ritorna allo studio qui recensito.

Milenkovic e colleghi, nell’ipotesi che la particolare composizione in subunità dei recettori GABA-A abbia un ruolo causale in vari disturbi neuroevolutivi, hanno studiato l’ippocampo in corso di sviluppo nel cervello di feti normali e feti affetti da sindrome di Down.

Nell’ippocampo dei feti portatori di trisomia 21, tra le subunità α1-3 e γ2 valutate, i ricercatori hanno rilevato profili di espressione significativamente alterati delle subunità α1, α3 e γ2, con α3 quale catena polipeptidica maggiormente alterata. In pratica, nei feti con sindrome di Down le subunità α3 erano selettivamente ipo-espresse in tutte le sub-regioni in cui è ripartito l’ippocampo, in tutti i periodi di sviluppo previsti dal protocollo per la verifica, presentando una discordanza di sviluppo rispetto alla loro distribuzione simil-adulta nel periodo precoce dello sviluppo fetale.

Milenkovic e colleghi hanno ipotizzato che gli accresciuti livelli del precursore della proteina amiloide (APP, da amyloid precursor protein), e particolarmente i frammenti neurotossici βA (β-amyloid) 1-42, potrebbero compromettere l’espressione genica di α3, verosimilmente facilitando una differenziazione neuronica prematura. Coerentemente con tale interpretazione, i ricercatori hanno rilevato la presenza di un contenuto più elevato di APP nell’ippocampo dei feti portatori della trisomia.

La verifica in un modello cellulare ha fornito una convincente conferma: peptidi βA1-42 solubili somministrati a cellule SH-SY5Y di neuroblastoma in coltura, aumentate per la differenziazione verso un fenotipo neuronico indotta dall’acido retinoico, facevano rilevare una riduzione dei livelli di α3.

Nel complesso, il lavoro sperimentale di questo studio, per il cui dettaglio si rinvia alla lettura integrale del testo dell’articolo originale, ha consentito di realizzare un’accurata mappa topografica regionale e subcellulare delle subunità recettoriali principali dei recettori GABA-A, nelle popolazioni neuroniche identificate nell’ippocampo di feti fisiologici ed affetti da sindrome di Down, ed ha associato l’accresciuto carico di β-amiloide con una discordante regolazione in basso delle subunità α3.

 

L’autrice 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”).

 

Diane Richmond

BM&L-16 dicembre 2017

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Si ricorda che nel midollo spinale umano il neurotrasmettitore inibitorio preferito è la glicina e non il GABA come nel cervello.