Scoperto un meccanismo di regolazione dei neuroni GABA

 

 

ROBERTO COLONNA & DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 17 novembre 2018.

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]

 

Le sinapsi inibitorie più numerose nel cervello, ossia quelle che adottano l’acido γ-aminobutirrico (GABA) quale neurotrasmettitore, vanno incontro a soppressione dell’inibizione indotta da depolarizzazione (DSI), mediata dall’attivazione dei recettori presinaptici degli endocannabinoidi CB1. La brevità della DSI, che dura approssimativamente un minuto nella maggior parte delle regioni cerebrali, è stata ascritta alla temporanea produzione di 2-arachidonil-glicerolo (2-AG), ossia uno dei due endocannabinoidi principali della neurotrasmissione cerebrale.

Colmers e Bains dell’Università di Calgary propongono che la durata della DSI sia controllata da interazioni eterologhe tra mGluR e CB1 presinaptici. Esaminando le sinapsi inibitorie GABA sui neuroni parvocellulari esprimenti CRH nel nucleo paraventricolare (PVN) dell’ipotalamo di topi maschi e femmine, i due ricercatori dimostrano che la DBI decade rapidamente in condizioni sperimentali in cui sia GABA che glutammato sono rilasciati da terminali assonici adiacenti. Il prosieguo delle osservazioni sperimentali, che saranno riportate in sintesi più avanti, ha consentito loro di scoprire il meccanismo di controllo della durata della depolarizzazione da parte dei recettori mGlu.

(Colmers P. L. W., et al. Presynaptic mGluRs control the duration of endocannabinoid-mediated DSI. Journal of Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1523/JNEUROSCI.1097-18.2018, Oct. 24, 2018).

La provenienza degli autori è la seguente: Hotchkiss Brain Institute & Department of Physiology and Pharmacology, Cumming School of Medicine, University of Calgary, Calgary (Canada).

Ricordiamo qualche nozione relativa ai cannabinoidi naturali per una migliore contestualizzazione del lavoro qui recensito:

“Gli endocannabinoidi più studiati e definiti per metabolismo e meccanismi d’azione molecolare, ossia l’N-arachidoniletanolammina o anandamide e il 2-arachidonilglicerolo o 2-AG, derivano da lipidi e ciò li rende diversi dai neurotrasmettitori classici e peptidici accumulati in vescicole organizzate in raccolte labili e stabili nel terminale presinaptico per il rilascio determinato dal potenziale d’azione. Gli endocannabinoidi, infatti, non sono raccolti in vescicole e sono prodotti “a richiesta” quando l’attività neuronica o l’occupazione dei recettori di membrana porta al clivaggio di lipidi di membrana precursori, mediante alcuni passi calcio-dipendenti. La dipendenza dal calcio di alcune tappe biosintetiche spiega perché la depolarizzazione neuronica, che aumenta i livelli di calcio intracellulari nel neurone post-sinaptico, è in grado di stimolare la sintesi e il rilascio di anandamide e 2-AG, e probabilmente spiega in parte anche la capacità di agire in questo modo da parte di recettori di neurotrasmettitori, come i D2 della dopamina.

Gli endocannabinoidi funzionano da messaggeri retrogradi, rilasciati dal neurone post-sinaptico ed agenti sui recettori CB1 dei terminali presinaptici più prossimi[1]. In tal modo, intervengono nella genesi di varie forme di plasticità sinaptica, avviate al livello post-sinaptico da depolarizzazione ed aumento della concentrazione di calcio, ma espresse come una riduzione di probabilità presinaptica al rilascio del neurotrasmettitore, come nel caso di alcune forme di depressione a lungo termine (LTD) in sinapsi inibitorie GABA-ergiche dell’ippocampo e dell’amigdala e in sinapsi eccitatorie glutammatergiche dello striato e del nucleo accumbens[2]. La natura idrofobica degli endocannabinoidi ha fatto sorgere domande circa il modo in cui attraversino lo spazio extracellulare e da tempo la ricerca ha assunto l’ipotesi di lavoro di proteine trasportatrici in grado di legare molecole lipidiche”[3]. Poi, Jin Fu e i suoi colleghi, in massima parte italiani, hanno scoperto una variante parzialmente citosolica dell’enzima intracellulare che degrada l’anandamide FAAH-1 (fatty acid amide hydrolase-1), e l’hanno denominata FLAT (FAAH-1-like anandamide transporter). La molecola è risultata priva di attività amidasica ma in grado di legare l’anandamide con bassa affinità micromolare e facilitarne la traslocazione all’interno delle cellule[4].

Dopo la sintesi e la liberazione nel mezzo extracellulare da parte dei neuroni post-sinaptici, gli endocannabinoidi raggiungono i recettori CB1 dei neuroni presinaptici, ai quali si legano mediante un legame ad alta affinità, in tal modo esplicando una funzione di segnalazione retrograda, consistente nella riduzione del rilascio del neurotrasmettitore presinaptico. Questo meccanismo realizza la soppressione indotta da depolarizzazione (DS), sia inibitoria sia eccitatoria (DSI, DSE). Queste forme di depressione sinaptica di breve durata (STD, short-term synaptic depression) sono avviate da incrementi di Ca2+ post-sinaptico che portano alla formazione degli endocannabinoidi, e poi sono rivelate dalla riduzione mediata da CB1 del trasmettitore della cellula presinaptica[5]. La segnalazione retrograda di anandamide e 2-AG media anche alcune forme di depressione sinaptica di lunga durata (LTD, long-term depression), ma in questo caso il meccanismo non è unicamente basato sulla mediazione di CB1. Per inciso, si ricorda che l’assunzione di sostanze contenenti principi attivi cannabinoidi, come marijuana, hashish ed altre preparazioni di cannabis sativa, può alterare la fisiologia degli effetti sinaptici indotti da endocannabinoidi e, in particolare, della plasticità sinaptica. Ad esempio, l’esposizione cronica al THC porta alla perdita della plasticità LTD nel nucleo accumbens, importante per i fenomeni legati alla tolleranza e alla dipendenza (addiction).

Torniamo allo studio qui recensito.

Colmers e Bains hanno analizzato, nel nucleo paraventricolare dell’ipotalamo di topi maschi e femmine, le sinapsi GABA-ergiche che esercitano controllo inibitorio sui neuroni della componente parvocellulare del nucleo, che esprimono il CRH (corticotropin releasing hormone). In tali giunzioni hanno rilevato che, nelle condizioni sperimentali in cui GABA e glutammato sono rilasciati dai terminali assonici adiacenti, la DSI decade rapidamente. L’inibizione farmacologica del gruppo I dei recettori mGlu prolunga la DSI, mentre la precedente attivazione inibisce la DSI, così da suggerire che il gruppo I dei recettori mGlu spenga la segnalazione presinaptica di CB1. Quando è stata adoperata la fotostimolazione per ottenere il rilascio esclusivo di GABA da terminali geneticamente identificati, la DSI dipendente da CB1 persisteva per molti minuti. Nelle stesse condizioni, l’attivazione dei recettori mGlu del gruppo I ristabilisce la classica DSI temporanea.

La DSI di lunga durata osservata quando le sinapsi GABA sono reclutate indipendentemente, disaccoppia l’input inibitorio ai neuroni del nucleo paraventricolare dell’ipotalamo. Queste osservazioni suggeriscono che le interazioni eterologhe tra mGlu e CB1 controllano la finestra temporale della DSI delle sinapsi GABA-ergiche, e forniscono l’evidenza di una nuova potente via che agisce sulla funzionalità dei circuiti nel cervello.

Il significato per la regolazione delle reti del lavoro di Colmers e Bains è sintetizzato nel brano che segue.

La depolarizzazione post-sinaptica libera endocannabinoidi, determinando una rapida e temporanea riduzione della probabilità di rilascio presso le sinapsi a GABA. I due ricercatori canadesi hanno scoperto che i recettori del glutammato mGlu controllano la durata della DSI, molto probabilmente attraverso la desensibilizzazione eterologa dei recettori CB1 da parte dei recettori mGlu5 presinaptici. Accorciando la durata della DSI, i recettori mGlu controllano la finestra temporale per la segnalazione retrograda alle sinapsi GABA. Cambiamenti fisiologici o patologici che agiscono sulla sfuggita del glutammato possono profondamente interessare l’eccitabilità delle reti neuroniche, modificando la durata dell’inibizione da cannabinoidi delle sinapsi inibitorie che rilasciano GABA.

 

Gli autori della nota ringraziano la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invitano alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Roberto Colonna & Diane Richmond

BM&L-17 novembre 2018

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Si ricorda che i recettori CB1 prevalgono nel cervello, mentre i CB2 alla periferia.

[2] Proprio l’alterazione di questi delicati processi di regolazione della plasticità sinaptica da parte dei derivati della cannabis spiega i deficit di memoria di breve termine e di apprendimento nei consumatori di marijuana e altri prodotti simili.

[3] Note e Notizie 03-12-11 Scoperto il trasportatore dell’anandamide.

[4] Cfr. Note e Notizie 03-12-11 Scoperto il trasportatore dell’anandamide.

[5] Si veda anche in Note e Notizie 12-11-11 Ruolo degli endocannabinoidi dell’amigdala estesa.