Come i neuroni competono per perdere il collegamento

I ricercatori descrivono in dettaglio il meccanismo con cui le sinapsi competono tra loro e come le sinapsi deboli e rumorose vengono eliminate durante lo sviluppo

Università di Kyushu

immagine: Nelle prime fasi dello sviluppo, i neuroni chiamati cellule mitraliche sviluppano più rami per connettersi con più glomeruli. Come un bonsai, man mano che lo sviluppo progredisce i rami vengono rafforzati e potati. Ma mentre i ricercatori hanno studiato attentamente il meccanismo di rafforzamento dei rami, il modo in cui è stata indotta la potatura è rimasto poco studiato. I ricercatori dell’Università di Kyushu hanno scoperto che quando le cellule mitraliche ricevono il neurotrasmettitore glutammato, il segnale successivo innesca la soppressione locale di RhoA, proteggendo quel dendrite. Allo stesso tempo, la depolarizzazione attiva il meccanismo di potatura, controllato da RhoA, nei dendriti che non hanno ricevuto l'input di glutammato. Il dendrite vincitore prende tutto.vedere di più

Credito: Università di Kyushu/Imai Lab

Fukuoka, Giappone—I ricercatori dell'Università di Kyushu hanno scoperto i meccanismi di una fase fondamentale ma criticamente sottovalutata nello sviluppo del cervello: la potatura sinaptica.

Utilizzando cellule mitraliche di topo, un tipo di neurone nel sistema olfattivo, il team ha scoperto che quando i neuroni ricevono un segnale neurotrasmettitore, il dendrite ricevente è protetto attraverso una serie di percorsi chimici. Allo stesso tempo, la depolarizzazione fa sì che altri dendriti della stessa cellula seguano un percorso diverso che favorisce la potatura. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista Developmental Cell.

Il modo in cui i neuroni si connettono e si rimodellano è una questione fondamentale in neurobiologia. Il concetto chiave alla base di una corretta rete è che i neuroni formino e rafforzino la connessione con altri neuroni eliminando quelli eccessivi e errati.

"Una frase comune nel rimodellamento dei circuiti neurali è 'accendi insieme, collega insieme' e 'fuori sincronia, perdi il collegamento.' Il primo descrive come i neuroni che si scambiano segnali tendono a rafforzare le connessioni, mentre il secondo spiega che senza tale segnalazione la connessione diminuisce," spiega il professor Takeshi Imai della Facoltà di Scienze Mediche dell'Università di Kyushu, che ha condotto lo studio. "È un processo di raffinazione fondamentale per una corretta maturazione del cervello."

Nel corso dei decenni, i ricercatori, incluso il professor Imai, hanno esplorato il processo fondamentale con cui i neuroni formano e rafforzano le loro connessioni. Tuttavia, nel processo c’era una grande lacuna che poche persone stavano esaminando: come vengono eliminate le connessioni.

"L'eliminazione delle connessioni neuronali, ciò che chiamiamo potatura, era qualcosa che tutti nel settore conoscevano e osservavano. Ma se si guarda alla letteratura, mancavano studi sull'esatto meccanismo che guidava il processo", spiega il primo autore. Satoshi Fujimoto.

L'eliminazione delle connessioni avviene ovunque nel sistema nervoso, ad esempio nelle giunzioni neuromuscolari, i neuroni che inviano segnali ai muscoli per muoversi. Inizialmente, le fibre muscolari ricevono input da molti motoneuroni. Man mano che cresci, queste connessioni vengono perfezionate, alcune vengono rafforzate e altre vengono eliminate, finché solo un neurone si collega a una fibra muscolare. È per questo che in tenera età si ha un controllo motorio e una coordinazione scomodi.

"Abbiamo deciso di studiare cosa accade esattamente nei neuroni durante il rimodellamento, quindi abbiamo utilizzato le cellule mitraliche dei topi, un tipo di cellula situata nel bulbo olfattivo, il centro cerebrale coinvolto nel nostro senso dell'olfatto. Negli adulti, le cellule mitraliche hanno un un'unica connessione a una stazione di segnalazione chiamata glomerulo. Ma nello sviluppo iniziale le cellule mitraliche inviano rami in molti glomeruli", afferma Fujimoto. "Col passare del tempo, questi rami vengono potati per lasciare un'unica forte connessione. Alla fine, le cellule mitraliche possono fiutare solo un tipo specifico di odore."

Innanzitutto, il team ha scoperto che le onde spontanee del neurotrasmettitore glutammato nel bulbo olfattivo facilitano la potatura dei dendriti. Il team si è poi concentrato sulle vie di segnalazione interne della cellula mitrale. Ciò che hanno scoperto è stato un meccanismo unico di protezione/punizione che avrebbe rafforzato alcune connessioni e dato il via alla potatura di altre.