Nuovo
processo di regolazione sinaptica della memoria
DIANE RICHMOND
NOTE E NOTIZIE - Anno XXI – 28 settembre 2024.
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 base
cellulare dell’apprendimento di circuiti e sistemi neuronici dell’encefalo
e del midollo spinale è data da adattamenti specifici per input e di
lunga durata delle connessioni sinaptiche tra neuroni, che realizzano la codifica
di memorie a lungo termine. Lo studio dei meccanismi molecolari e dei
processi connessi con il potenziamento a lungo termine (LTP) e la depressione a
lungo termine (LTD) da decenni costituisce un ambito specializzato della
ricerca, che ha ottenuto dati utili al progresso delle conoscenze in campi che
vanno dalla neurobiologia molecolare alla neurofisiologia e alla
neurofarmacologia. La grande mole di dati sulla fisiologia dei recettori NMDA
nel loro rapporto con gli AMPA e gli altri recettori, in passato ha indotto
alcuni ricercatori a ritenere che il filone di studi avviato dalla scoperta di
Bliss e Lømo del fenomeno LTP avesse esaurito il suo
compito, ma in questi ultimi anni si sono avute numerose dimostrazioni che in
questo ambito c’è ancora molto da indagare e scoprire.
Philip J. Dittmer e Mark L. Dell’Acqua hanno riconosciuto un
nuovo processo nella conversione in potenziamento strutturale di lunga durata
della dimensione post-sinaptica delle spine dendritiche (sLTP)
da una fase precoce temporanea a una fase tardiva di lunga durata
persistente: un ruolo della mobilizzazione del Ca2+ del
reticolo endoplasmico (ER) nel promuovere l’interazione tra il sensore
di deplezione del calcio, ossia la STIM1 (stromal
interaction molecule 1) e i canali SOCE (Orai1
store-operated Ca2+ entry, SOCE).
Inaspettatamente,
i ricercatori hanno scoperto che l’interazione fisica STIM-Orai1, e non il risultante
ingresso di Ca2+, era necessaria per la persistenza del fenomeno sLTP.
(Philip J. Dittmer
& Mark L. Dell’Acqua, L-type Ca2+
channel activation of STIM1-Orai1 signaling remodels the dendritic spine ER to
maintain long-term structural plasticity. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 121 (35): e2407324121, 2024).
La provenienza degli autori
è la seguente: Department of Pharmacology, School of Medicine,
University of Colorado Anschutz Medical Campus, Aurora, CO (USA).
[Edited by James S. Trimmer, University of California at Davis, Davis School
of Medicine, CA (USA)].
Al lettore non specialista di questo ambito di studi ricordiamo che l’apprendimento
e la memoria richiedono plasticità funzionale e strutturale delle
sinapsi del sistema nervoso centrale: sinapsi con il glutammato quale
neurotrasmettitore, e formate dalla giunzione di terminali assonici eccitatori
con le strutture post-sinaptiche localizzate sulle spine dendritiche dei
neuroni riceventi, dotati di recettori per il glutammato NMDA, AMPA e di altro
tipo. Philip J. Dittmer e Mark L. Dell’Acqua hanno indagato i modi
in cui il reticolo endoplasmico (ER) controlla la segnalazione post-sinaptica
del Ca2+ e il potenziamento a lungo termine (LTP) delle spine
dendritiche (sLTP) che accompagna il rafforzamento
funzionale della trasmissione sinaptica glutammatergica. Qui di seguito si
riportano gli esiti degli esperimenti più importanti.
Nella maggior parte delle spine dendritiche contenenti reticolo
endoplasmico (spine ER+), il potenziamento a lungo termine persistente (sLTP), indotto mediante la stimolazione ottica di alta
frequenza HFGU (high-frequency optical glutamate uncaging), era accompagnato da un persistente
incremento nel contenuto di strutture membranarie di
ER a valle di una segnalazione a cascata generata dai recettori glutammatergici
NMDA (N-metil-D-aspartato), canali del calcio
di tipo L (L-type Ca2+, LTCC) e canali
Orai1, questi ultimi essendo stati attivati da STIM1 (stromal
interaction molecule 1), in risposta al rilascio
di Ca2+ del reticolo endoplasmico.
L’esperimento di stimolazione HFGU condotto su spine dendritiche mancanti
di ER (spine ER(-)) ha prodotto solo una sLTP
temporanea e ha determinato solo deboli segnali di Ca2+, mancanti
del contributo di Orai1 e ER. Coerentemente con la tesi di una meta-plasticità
strutturale regolata dall’ER delle spine dendritiche, l’erogazione di un
secondo stimolo alle spine ER(-) induceva un reclutamento di ER
insieme con un sLTP persistente, mentre le spine
dendritiche ER+ non presentavano alcun incremento addizionale nelle dimensioni
o nel contenuto del reticolo endoplasmico, in risposta a stimolazione
sequenziale.
Con sorpresa di Dittmer e Dell’Acqua, l’interazione
fisica tra STIM1 e Orai1 indotta dal rilascio di calcio dal reticolo endoplasmico
si è dimostrata necessaria per l’incremento persistente sia nelle dimensioni
delle spine sia nel loro contenuto in ER richiesto per l’espressione di sLTP LLL (long-lasting late), ma questo effetto non
era prodotto dal calcio risultante che attraversava i canali Orai1.
In conclusione, lo studio dimostra in modo convincente e per la prima
volta che la segnalazione STIM1-Orai1, attivata dai canali del calcio di tipo L,
rimodella il reticolo endoplasmico delle spine dendritiche per mantenere la
plasticità strutturale di lungo termine.
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-28 settembre 2024
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