Scoperta una nuova funzione degli
astrociti nella sinergia con i neuroni
GIOVANNI
ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 07 maggio
2022.
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]
Anche se fino alla penultima edizione il trattato di
neuroscienze di Kandel, Schwartz e Jessel – considerato
il testo di riferimento di tutto lo spettro disciplinare – riportava ancora la
vecchia e da tempo superata nozione della glia quale componente di solo supporto
strutturale e trofico dei neuroni, già quarant’anni fa erano state raccolte le
prime evidenze sperimentali della gliotrasmissione astrocitaria. E, d’altra
parte, l’elenco delle funzioni di oligodendrociti, astrociti e microglia, già
lungo negli anni Ottanta, continuava a crescere nel tempo. Ma solo negli anni
Novanta, grazie soprattutto agli studi mediante Ca2+-imaging,
furono compiuti gli esperimenti decisivi per dimostrare che le cellule dell’astroglia
non si comportano solo come un grande sincizio che reagisce collettivamente
alle onde di concentrazione del Ca2+ ma possiedono singolarmente
proprietà attive, inclusa quella di segnalazione, ossia di rilasciare
trasmettitori in grado di veicolare ai recettori corrispondenti un messaggio
chimico che induce una risposta elettrica nella cellula ricevente[1].
I segnali provenienti dalle cellule vicine e dalla
sinapsi tra neuroni sono in grado di innalzare la concentrazione di calcio
endocellulare astrocitaria che, a sua volta, può innescare il rilascio di
trasmettitori gliali che possono modulare le funzioni dei neuroni (Bezzi, et
al., 1998). Esiti sperimentali hanno suggerito l’esistenza di loop
di comunicazione tra sinapsi e astrociti, mediante i quali le cellule astrogliali
possono inviare come feedback alle sinapsi impulsi di arresto o
accelerazione. Su questa base fu formulato la prima volta il concetto di gliotrasmissione
(Bezzi e Volterra, 2001).
Successivamente, l’area concettuale della trasmissione
gliale è stata ampliata per includere azioni astrocitiche a feedforward
in cui un astrocita risponde a un’attivazione sinaptica rilasciando un mediatore
agente su un circuito sinaptico differente da quello in cui si è
generato lo stimolo iniziale. Gli studi seguenti hanno dimostrato che gli
astrociti possono esercitare molteplici effetti sinaptici, agendo sia con ruolo
inibitorio sia eccitatorio. Tra i gliotrasmettitori vi sono il glutammato, il
GABA (inibitorio), la D-serina, l’ATP/adenosina, gli eicosanoidi, incluso l’acido
arachidonico, le prostaglandine, gli acidi epossieicosatrienoici (EET) e,
infine la citochina TNFα.
Le osservazioni sperimentali hanno poi consentito di
identificare numerose vie di rilascio dei trasmettitori astrogliali e una considerevole
varietà di “bersagli” o elementi riceventi della segnalazione astrocitica, cominciando
a delineare la complessità della gliotrasmissione, governata dalla codifica del
calcio da parte degli astrociti, le cui proprietà sono ancora oggetto di
studio. Gli studi di quel periodo, evidenziando per la prima volta che la
partecipazione dei processi astrocitari alle sinapsi tra neuroni ha un ruolo
spesso paragonabile a quello delle cellule nervose pre- e post-sinaptiche,
portarono al concetto di sinapsi tripartita (Volterra et al.,
2002)[2].
In condizioni ordinarie, gli astrociti interagiscono
con le giunzioni sinaptiche tra neuroni mediante i loro processi distali,
che rimuovono il neurotrasmettitore eccitatorio per eccellenza, il glutammato,
e il K+ dallo spazio extracellulare, dopo l’attività neuronica.
Questa ripulitura, o clearance, di glutammato e K+ è
voltaggio-dipendente, ma il potenziale di membrana degli astrociti (Vm) si considera sostanzialmente
invariante; per tale ragione questa dipendenza dal voltaggio è stata ritenuta
irrilevante per la funzione degli astrociti. Moritz Armbruster
e colleghi hanno indagato questa questione giungendo a un risultato di estremo
interesse.
(Armbruster
M., et al. Neuronal activity drives pathway-specific
depolarization of peripheral astrocyte process. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-022-01049-x, 2022).
La provenienza degli autori è la seguente: Department of Neuroscience, Tufts University School
of Medicine, Boston, MA (USA); Department of Chemistry and Chemical Biology,
Harvard University, Cambridge, MA (USA); Hebrew University of Jerusalem,
Jerusalem (Israele); Department of Brain and
Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA
(USA); Howard Hughes Medical Institute, Massachusetts Institute of Technology (MIT),
Cambridge, MA (USA); Department of Physics, Harvard University, Cambridge, MA (USA).
Moritz Armbruster e
colleghi hanno preso le mosse da una misura accurata del potenziale di
membrana (Vm) dei processi
astrocitari periferici (PAP) che raggiungono la sinapsi tra neuroni nel
topo. A tale fine hanno impiegato indicatori di voltaggio geneticamente codificati
che hanno consentito un preciso rilievo di PAP. I ricercatori hanno registrato depolarizzazioni
grandi, rapide, focali e specifiche per la via neuronica nei PAP, durante l’attività
sinaptica.
Queste depolarizzazioni degli astrociti dipendenti
dall’attività sono condotte da efflussi di K+ presinaptici mediati
da potenziale d’azione e trasportatori elettrogenici
del glutammato.
I ricercatori hanno rilevato che la depolarizzazione
dei PAP inibisce la clearance astrocitica del glutammato durante l’attività
neuronica, accrescendo l’attivazione dei neuroni post-sinaptici da parte del
glutammato. Si tratta di un nuovo processo astrocitario identificato da Moritz
Armbruster e colleghi o, come loro stessi hanno
definito la scoperta, “una nuova classe di dinamiche subcellulari di membrana
astrocitaria e una nuova forma di interazione neurone-astrocita”.
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-07 maggio 2022
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scientifica e culturale non-profit.
[1] Il motivo principale per cui si
era creduto che gli astrociti fossero “cellule non eccitabili” è che non si
riusciva a rilevare sulle loro membrane un potenziale d’azione paragonabile a
quello dei neuroni; inoltre, le proprietà di membrana delle cellule dell’astroglia
sono “passive”.
[2] Una bibliografia dettagliata ed
esaustiva si trova in Neuroglia (edited by
Helmut Kettenmann and Bruce R. Ransom), Oxford
University Press, 2013.