Un canale
del potassio raccorda veglia e metabolismo
ROBERTO COLONNA
NOTE E
NOTIZIE - Anno XXII – 22 febbraio 2025.
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]
Siamo abituati a pensare al
glucosio come alla fonte di energia del cervello e, conseguentemente, quando consideriamo
la fisiologia corticale in rapporto alle sue grandi funzioni di base, quale
l’assunzione dell’assetto caratterizzante la veglia e il sonno o l’elaborazione
del pensiero, teniamo distinte due basi operative molecolari: quella legata ai
sistemi di segnalazione, con recettori, neurotrasmettitori e tutte le proteine
enzimatiche e strutturali necessarie all’attività elettrica, e quella legata al
metabolismo, con tutti gli enzimi implicati nelle trasformazioni dei composti.
Non sempre si ha presente che il glucosio è anche un sostrato per la biosintesi
dei neurotrasmettitori e, dunque, variazioni nel flusso glicolitico possono
comportare alterazioni nella sintesi dei neuromediatori, dal GABA fondamentale
per il controllo inibitorio della preattivazione
corticale ai mediatori eccitatori, con conseguenze sull’attività
elettroencefalografica corticale, sulla vigilanza, sull’attenzione, sul
risveglio, sul sonno, a dispetto di una disponibilità energetica fisiologica.
Nicholas J. Constantino e colleghi, studiando i fattori in grado di
modificare l’equilibrio di utilizzazione del glucosio tra base per la
biosintesi di neurotrasmettitori e base per la produzione di energia, hanno
analizzato il ruolo dei canali del potassio Kir6.2-KATP. Questi
canali fungono da sensori metabolici sotto il controllo della regolazione
circadiana endogena, che adatta il flusso glicolitico, la transizione
sonno/veglia e l’allerta. I ricercatori hanno dimostrato che la regolazione del
flusso glicolitico da parte dei canali Kir6.2-KATP ha un ruolo
fondamentale sia nel facilitare il mantenimento dello stato di sonno notturno e
di veglia per tutte le ore del giorno, sia nel consentire rapide ed efficienti
transizioni della corteccia cerebrale, quali quelle che si verificano al
risveglio e nell’addormentamento.
(Constantino
N. J. et al., ATP-sensitive potassium channels
alter glycolytic flux to modulate cortical activity. Proceedings
of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.2416578122, 2025).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Physiology, University of Kentucky,
Lexington, KY (USA); Department of Neuroscience, University of Kentucky,
Lexington, KY (USA); Sanders Brown Center on Aging, University of Kentucky,
Lexington, KY (USA); Spinal Cord and Brain Injury Research Center, University
of Kentucky, Lexington, KY (USA);
Department of Psychiatry, Wake Forest School of
Medicine, Winston-Salem, NC (USA); Department of Psychiatry, Washington
University School of Medicine, St. Louis, MO (USA); Department of Neurology, Washington
University School of Medicine, St. Louis, MO (USA); Department of Radiology, Washington
University School of Medicine, St. Louis, MO (USA); Department of Neuroscience,
Washington University School of Medicine, St. Louis, MO (USA); Department of
Biomedical Engineering, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO
(USA); Department of Psychology & Brain Sciences, Washington University, St.
Louis, MO (USA).
Gli stati di veglia e sonno, generalmente individuati
dal profilo elettroencefalografico che li contraddistingue e dunque
dall’assetto funzionale della corteccia cerebrale, definiscono anche due
precisi e caratteristici regimi metabolici; e il regime metabolico non deve
essere inteso solo quale correlato dello stato del sistema nervoso centrale, ma
anche per il suo ruolo chiave nel mantenimento di quello specifico registro di
attività: se si altera il metabolismo può accadere che il sonno si interrompa o
che l’organismo non regga più la veglia.
Operativamente si impiegano le fluttuazioni del
lattato cerebrale quale biomarker della transizione sonno/veglia. In
particolare, i livelli accresciuti di acido lattico nel fluido interstiziale
(ISF) sono costantemente associati allo stato funzionale della persona sveglia
ed attiva, mentre il calo della concentrazione del lattato precede il
verificarsi dell’addormentamento. I canali del potassio sensibili all’ATP
accoppiano l’eccitabilità al metabolismo del glucosio-lattato.
Nicholas J. Constantino e colleghi di un nutrito team
multidisciplinare hanno impiegato topi mancanti dell’attività dei canali del
potassio sensibili all’ATP, quali Kir6.2-KATP, ossia ceppi Kir6.2-/-,
per indagare come le variazioni nell’utilizzazione del glucosio influenzano
l’attività corticale rilevata all’elettroencefalogramma (EEG) e l’omeostasi
sonno/veglia.
Nel cervello dei topi Kir6.2-/-, il deficit dell’azione di questi canali del
K+ sensibili all’ATP determina lo spostamento dell’equilibrio di
impiego del glucosio verso la glicolisi, riducendo la sintesi di
neurotrasmettitori e inducendo un abbassamento dell’attività
elettroencefalografica corticale. L’osservazione dei roditori Kir6.2-/-
ha fatto registrare che questi topi trascorrono più tempo svegli all’inizio del
periodo di luce a causa di alterate dinamiche dell’acido lattico dell’ISF.
L’insieme dei risultati, per
il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo dell’articolo
originale, dimostra che i canali Kir6.2-KATP agiscono come sensori
metabolici per modulare lo stato di veglia mediante il mantenimento della stabilità
metabolica negli stati di sonno e veglia, e fornendo la flessibilità
metabolica necessaria alla transizione.
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”).
Roberto Colonna
BM&L-22 febbraio 2025
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