Come la cocaina altera la memoria

 

 

LUDOVICA R. POGGI

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 07 dicembre 2019.

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]

 

Non molti anni fa alcuni, con l’inganno, sottoposero dei parlamentari italiani ad un test del sudore per il rilievo indiretto dei tassi plasmatici di cocaina, rilevando la positività in un numero impressionante di politici. Poiché questi negarono l’autorizzazione a rendere pubblico quanto rilevato, la questione fu presto insabbiata e dimenticata; ma quell’episodio, al di là del giudizio morale che avrebbero potuto esprimere i cittadini sui propri rappresentanti, ci rende conto del grado di irresponsabilità o, se si vuole, di incoscienza di tanti esponenti della classe dirigente, circa i gravi rischi che si corrono nell’assunzione di una sostanza cerebrolesiva che, oltre a determinare addiction, riduce la durata della vita.

La grande quantità di effetti indesiderati prodotti dalla cocaina alle dosi che determinano l’azione psicostimolante è difficile da sintetizzare, come è difficile rendere in poche parole la profondità dell’impegno biologico dell’organismo che la assume. Basti solo pensare ai meccanismi di destabilizzazione del genoma cerebrale descritti otto anni fa da un gruppo diretto da Eric Nestler con la supervisione di Solomon H. Snyder e ai cambiamenti nella plasticità sinaptica indotti dalla cocaina nella VTA, area di fondamentale importanza nello stabilirsi della dipendenza.

Ormai da decenni lo studio degli effetti molecolari e comportamentali della cocaina costituisce il ramo principale della ricerca sulle sostanze psicotrope d’abuso, e il settore che indaga il modo in cui l’alcaloide, interagendo con un terreno di predisposizione, modifica le memorie associate alla sua assunzione è di grande attualità e rilievo per la ricerca neurobiologica in generale, oltre che per i campi specializzati della fisiofarmacologia e della tossicologia.

Una particolarità delle memorie associate alla cocaina è che, sebbene siano persistenti, nella rievocazione divengono temporaneamente destabilizzate e vulnerabili alla distruzione, ma immediatamente dopo vengono riconsolidate. William Wright e numerosi colleghi, fra i quali figura lo stesso Eric Nestler, hanno indagato le basi sinaptiche e molecolari di questo fenomeno, giungendo a risultati di notevole rilievo.

(Wright W. J., et al. Silent synapses dictate cocaine memory destabilization and reconsolidation. Nature Neuroscience - Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-019-0537-6, Dec 2, 2019).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Neuroscience, University of Pittsburg, Pittsburgh, PA (USA); Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine and Pharmacology, Penn State College of Medicine, Hershey, PA (USA); Department of Psychiatry, University of Pittsburg, Pittsburgh, PA (USA); Behavioral Neuroscience Branch, Intramural Research Program, National Institute on Drug Abuse, National Institutes of Health (NIH), Bethesda, MD (USA).

Si riporta, per il lettore non specialista, un brano introduttivo di una recensione precedente:

La cocaina (benzoilmetilecgonina, C17H21NO4) è un alcaloide estratto dalle foglie di coca, noto da lungo tempo come stimolante del sistema nervoso centrale con sede prevalentemente corticale, inibitore dell’appetito ed anestetico locale. È nozione farmacologica consolidata che le dosi basse e moderate di cocaina inducono incremento di attività, loquacità, euforia, sensazione di benessere, resistenza alla fatica e riduzione dell’assunzione di cibo[1]. Con il crescere delle dosi si ha induzione di attività motoria ripetitiva e comportamenti stereotipati; a dosi ancora maggiori si ha ipertermia, convulsioni, coma e morte[2].

È intensamente studiata per le gravi conseguenze che determina il suo consumo come sostanza psicotropa d’abuso. È, infatti, una reinforcing drug[3] che appartiene alla classe degli stimolanti psicomotori[4]. L’azione si esplica principalmente attraverso l’interazione con le proteine trasportatrici (DAT, SERT, NET) dei neurotrasmettitori monoamminici dopamina, serotonina e noradrenalina, con inibizione della ricaptazione ed aumento extracellulare del mediatore[5]. L’incremento della quota delle amine biogene che si possono legare al recettore post-sinaptico è determinato anche da altri effetti dell’alcaloide, fra cui l’internalizzazione del DAT.

L’iperstimolazione dei recettori delle monoammine porta ad una complessa cascata di eventi post-sinaptici che interessa molte regioni dell’encefalo e molti sistemi di neurotrasmissione: in sintesi, un adattamento neuronico implicante modificazioni dell’espressione genica di breve e lungo termine e variazioni funzionali temporanee (incluso lo sviluppo di LTP da parte di sinapsi eccitatorie sui neuroni dopaminergici della VTA). Questo adattamento implica importanti effetti sulla trasmissione glutammatergica, sia perché il glutammato ha un ruolo centrale nella plasticità sinaptica - e la compulsione è la conseguenza di una forma di plasticità alterata - sia perché, in molte regioni cerebrali ad innervazione dopaminica, la regolazione è determinata da inputs convergenti di glutammato e dopamina, con la catecolamina come neuromodulatore. La trasmissione dei sistemi a glutammato del nucleo accumbens ha un’importanza critica nel determinare il comportamento di ricerca della cocaina da parte del ratto reso sperimentalmente dipendente. Infine, ricordiamo che gli effetti psicomotori della cocaina più noti e studiati, sono mediati dalla segnalazione dei recettori della dopamina D1 e D2 via PKA”[6].

L’articolo dal quale è tratta questa introduzione recensiva una ricerca che ha dimostrato la distorsione nella regolazione dell’eterocromatina nel nucleo accumbens, struttura cruciale per il comportamento compulsivo nella dipendenza dall’alcaloide. Non meno importante della comprensione dei processi che alterano la fisiologica regolazione dell’espressione del DNA, è lo studio diretto dei cambiamenti indotti dalla cocaina nella plasticità sinaptica dei sistemi glutammatergici dell’area tegmentale ventrale del mesencefalo (VTA). Un lavoro sperimentale condotto in passato da un gruppo svizzero ha contribuito a gettare le basi per giungere allo stato di conoscenze che ha preceduto lo studio qui recensito:

“Manuel Mameli, Camilla Bellone, Mattew Brown e Christian Lüscher, hanno ottenuto risultati in contrasto con quelli emersi nella maggior parte dei lavori più recenti su questo argomento, in quanto hanno riscontrato che l’assunzione cronica di cocaina induceva una riduzione delle correnti sinaptiche dei recettori NMDA (N-metil-D-aspartato) del glutammato, mentre si verificava un aumento dell’inserimento sinaptico dei recettori glutammatergici permeabili al calcio AMPA (ac. α-amino-3-idrossi-5-metil-4-idrossazolpropionico). I quattro ricercatori hanno poi rilevato che il trattamento con cocaina invertiva la regola della plasticità dipendente temporalmente dalle scariche nella VTA”[7].

William J. Wright, Eric Nestler e colleghi, per comprendere le basi della particolare dinamica delle memorie associate all’assunzione dell’alcaloide, hanno studiato i recettori AMPA delle sinapsi eccitatorie silenti generate nel nucleo accumbens dall’autosomministrazione di cocaina, e successivamente maturate dopo una prolungata astinenza, mediante reclutamento di AMPA, acquisizione eco e consolidamento delle memorie della cocaina.

I ricercatori hanno accertato e dimostrato che, con il recupero di memoria dopo un’astinenza prolungata, le sinapsi silenti maturate diventano AMPA-silenti nuovamente, ma questo stato è seguito da una nuova maturazione circa 6 ore dopo, in tal modo definendo l’inizio e la fine di una finestra temporale, cioè un intervallo di destabilizzazione delle memorie della cocaina.

Tali dinamiche sinaptiche sono temporizzate da Rac1: il decremento e l’incremento delle attività di Rac1 determinano, rispettivamente, l’apertura e la chiusura della finestra temporale di destabilizzazione delle memorie.

La sperimentazione ha dimostrato che la prevenzione della nuova maturazione delle sinapsi silenti all’interno dell’intervallo di destabilizzazione riduce la ricerca di cocaina indotta da stimoli adeguati.

In conclusione, gli esiti di questo studio indicano che le sinapsi silenti generate dalla cocaina costituiscono un definito insieme sinaptico che determina le dinamiche delle memorie associate alla cocaina, e potrebbe essere un bersaglio di farmaci concepiti per eliminare la memoria che porta alla compulsione.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione e invita alla lettura delle recensioni di studi di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Ludovica R. Poggi

BM&L-07 dicembre 2019

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] L’interferenza con i meccanismi fisiologici della fame può, in alcuni casi e in alcune circostanze, determinare l’effetto paradosso dell’iperfagia.

[2] A questi ben noti effetti acuti si devono aggiungere quelli cronici, che si identificano con i sintomi del danno causato ai vari distretti dell’organismo: ipersomnìa/insonnia, letargia, fame insaziabile, riduzione dell’attenzione, aumentato rischio di ictus cerebrale; rinorrea, congestione nasale, disturbi della voce, dispnea, broncospasmo, asma, emottisi; dolori anginoidi, aumentato rischio di infarto del miocardio, aumentato rischio di morte in cardiopatici, febbre, eosinofilia; abrasione dentale; disturbi cutanei associati a prurito.

[3] Per rinforzo si intende lo speciale effetto di “stamp in” collegato al piacere ed evolutosi per amplificare, attraverso la ripetizione, i comportamenti che portano ad ottenere una ricompensa sessuale o alimentare. La proprietà di rinforzare associazioni apprese di sostanze impiegate compulsivamente ed in grado di causare dipendenza ed effetti tossici alle dosi efficaci (tossicodipendenza) si attribuisce prevalentemente all’attivazione dei neuroni dopaminergici dei sistemi mesocorticolimbici (“sistema a ricompensa”). Tali neuroni dall’area tegmentale ventrale del mesencefalo (VTA) proiettano ad aree corticali e limbiche implicate nell’elaborazione della motivazione, della compulsione e di risposte emotive. Fra queste aree sembra avere un ruolo particolarmente importante per il rinforzo il nucleo accumbens, che funge da interfaccia fra le regioni limbiche e corticali implicate nella motivazione, da un canto, e i circuiti motori importanti per l’esecuzione di comportamenti motivati. Il rinforzo causato dalle sostanze d’abuso è conseguenza di un’interferenza artificiale con sistemi naturali che si sono evoluti per 1. conservare la specie, attraverso meccanismi di amplificazione dei comportamenti che favoriscono la riproduzione, e 2. conservare l’individuo, mediante l’amplificazione dei comportamenti che favoriscono l’assunzione di cibo.

[4] Classe alla quale appartengono anche i derivati dell’amfetamina.

[5] In passato si riteneva la cocaina un inibitore della ricaptazione della sola dopamina, poi, numerosi esperimenti con topi knockout per gli altri trasportatori, hanno dimostrato l’importanza, per il rinforzo, dell’inibizione anche di SERT e NET (si ricorda che l’acronimo deriva dalla “E” di epinephrine, equivalente di adrenaline).

[6] Note e Notizie 26-02-11 Destabilizzazione da cocaina del genoma cerebrale.

[7] Note e Notizie 05-03-11 La cocaina inverte le regole della plasticità sinaptica nella VTA