Gli zuccheri influenzano la plasticità del cervello

 

Aiutano l’apprendimento, la memoria e il recupero. Regolano numerose proteine e le loro strutture cambiano durante lo sviluppo e con le malattie.

 

 

Riesci a riconoscere qualcuno che non vedi da anni, ma dimenticare cosa hai mangiato a colazione ieri? Il nostro cervello riorganizza costantemente i suoi circuiti per ricordare volti familiari o apprendere nuove abilità, ma le basi molecolari di questo processo non sono ben comprese.

Oggi, gli scienziati riferiscono che i gruppi di solfato su molecole di zucchero complesse chiamate glicosaminoglicani (GAG) influenzano la “plasticità” nel cervello dei topi.

Determinare come funzionano i GAG potrebbe aiutarci a capire come funzionano la memoria e l’apprendimento negli esseri umani e fornire modi per riparare la connettività neurale dopo le lesioni.

I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi alla riunione autunnale dell’American Chemical Society (ACS). ACS Fall 2023 è un incontro ibrido che tenuto virtualmente e di persona dal 13 al 17 agosto e con circa 12.000 presentazioni su una vasta gamma di argomenti scientifici.

Gli zuccheri che addolciscono frutta, caramelle o torte sono in realtà solo alcune semplici varietà dei molti tipi di zuccheri esistenti.

Quando sono legati insieme, possono produrre una vasta gamma di zuccheri complessi. I GAG si formano attaccando altre strutture chimiche, compresi i gruppi di solfati.

“Se studiamo la chimica dei GAG nel cervello, possiamo conoscere la plasticità cerebrale e, si spera, in futuro, utilizzare queste informazioni per ripristinare o migliorare le connessioni neurali coinvolte nella memoria”, afferma Linda Hsieh-Wilson, ricercatrice principale del progetto che presenta la ricerca alla riunione.

“Questi zuccheri regolano numerose proteine e le loro strutture cambiano durante lo sviluppo e con la malattia”, spiega. Hsieh-Wilson è al California Institute of Technology.

Nel cervello, la forma GAG più comune è il solfato di condroitina, che si trova in tutta la matrice extracellulare che circonda le molte cellule del cervello.

Il solfato di condroitina può anche formare strutture note come “reti perineuronali”, che avvolgono i singoli neuroni e stabilizzano le connessioni sinaptiche tra di loro.

Un modo in cui la funzione di un GAG può essere cambiata è attraverso motivi di solfatazione o modelli di gruppi di solfato attaccati alle catene di zucchero.

Il team di Hsieh-Wilson è interessato a come questi modelli di solfatazione vengono alterati e come potrebbero regolare processi biologici come la neuroplasticità e la memoria sociale.

Questo potrebbe anche un giorno consentire ai ricercatori di modulare queste funzioni come potenziale trattamento per lesioni del sistema nervoso centrale, malattie neurodegenerative o disturbi psichiatrici.

Quando il team ha eliminato il gene Chst11 responsabile della formazione di due principali modelli di solfatazione sul solfato di condroitina nei topi, si sono formati difetti nelle loro reti perineuronali.

Tuttavia, il numero di reti è effettivamente aumentato in assenza dei motivi di solfatazione, cambiando i tipi di connessioni sinaptiche tra i neuroni.

Inoltre, i topi non sono stati in grado di riconoscere altri topi che erano stati precedentemente introdotti, il che suggerisce che questi modelli influenzano la memoria sociale.

È interessante notare che queste reti potrebbero essere più dinamiche di quanto si pensasse una volta: potrebbero svolgere un ruolo sia nell’infanzia che nell’età adulta.

Quando i ricercatori hanno preso di mira Chst11 specificamente nel cervello di topi adulti, hanno trovato gli stessi effetti sulle reti perineuronali e sulla memoria sociale.

“Questo risultato suggerisce che potrebbe essere possibile manipolare queste reti durante l’adolescenza o l’età adulta per ricablare o rafforzare potenzialmente determinate connessioni sinaptiche”, afferma Hsieh-Wilson.

In altri esperimenti recenti, il team ha voluto capire come i GAG e i loro modelli di solfatazione potrebbero influenzare la rigenerazione degli assoni o la capacità dei neuroni di ricostruirsi dopo l’infortunio.

I ricercatori stanno ora lavorando per identificare i recettori proteici che legano particolari percorsi di solfatazione. Finora, hanno scoperto che percorsi specifici fanno sì che questi recettori si raggruppino sulla superficie della cellula e inibiscano la rigenerazione.

Questo processo potrebbe essere bloccato per creare strumenti o trattamenti per promuovere la rigenerazione degli assoni.

Avere maggiori informazioni su questo processo potrebbe un giorno aiutare a riparare i danni causati da alcune malattie neurodegenerative o ictus, dice Hsieh-Wilson.