Gli scienziati identificano un ciclo di feedback molecolare positivo che potrebbe spiegare la perdita di memoria indotta dall’ictus.

 

 

Quando impariamo qualcosa di nuovo, le nostre cellule cerebrali (neuroni) comunicano tra loro attraverso segnali elettrici e chimici. Se lo stesso gruppo di neuroni comunica spesso tra loro, le connessioni tra loro diventano più forti.

Questo processo aiuta il nostro cervello a imparare e ricordare le cose ed è noto come potenziamento a lungo termine o LTP.

Un altro tipo di LTP si verifica quando il cervello viene privato temporaneamente dell’ossigeno: il potenziamento a lungo termine indotto dall’anossiao aLTP.

L’aLTP blocca il primo processo, compromettendo così l’apprendimento e la memoria. Pertanto, alcuni scienziati pensano che l’aLTP potrebbe essere coinvolto nei problemi di memoria osservati in condizioni come l’ictus.

I ricercatori dell’Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa (OIST) e i loro collaboratori hanno studiato in dettaglio il processo aLTP. Hanno scoperto che il mantenimento dell’aLTP richiede l’amminoacido glutammato, che innesca la produzione di ossido nitrico (NO) sia nei neuroni che nei vasi sanguigni cerebrali.

Questo processo forma un ciclo di feedback positivo glutammato-NO-glutammato. Il loro studio, pubblicato su iScience, indica che la presenza continua di aLTP potrebbe potenzialmente ostacolare i processi di rafforzamento della memoria del cervello e spiegare la perdita di memoria osservata in alcuni pazienti dopo aver subito un ictus.

La risposta del cervello a un basso livello di ossigeno

Quando c’è una mancanza di ossigeno nel cervello, il glutammato, un neurotrasmettitore, viene rilasciato dai neuroni in grandi quantità. Questo aumento del glutammato provoca la produzione di NO.

L’NO prodotto nei neuroni e nei vasi sanguigni cerebrali aumenta il rilascio di glutammato dai neuroni durante l’aLTP.

Questo ciclo glutammato-NO-glutammato continua anche dopo che il cervello riceve abbastanza ossigeno.

“Volevamo sapere come l’esaurimento dell’ossigeno influisce sul cervello e come si verificano questi cambiamenti”, ha affermato il dottor Han-Ying Wang, ricercatore presso l’ex Unità di funzione sinaptica cellulare e molecolare presso l’OIST e autore principale dello studio.

“È noto che l’ossido nitrico è coinvolto nel rilascio di glutammato nel cervello quando c’è una carenza di ossigeno, ma il meccanismo non era chiaro”.

Durante un ictus, quando il cervello è privato di ossigeno, l’amnesia – la perdita di ricordi recenti – può essere uno dei sintomi. Studiare gli effetti della carenza di ossigeno sul cervello è importante a causa dei potenziali benefici medicinali.

“Se riusciamo a capire cosa sta andando storto in quei neuroni quando non hanno ossigeno, potrebbe puntare nella direzione di come trattare i pazienti con ictus”, ha spiegato il dottor Patrick Stoney, scienziato dell’Unità di Neuroscienze Sensoriali e Comportamentali dell’OIST ed ex membro dell’Unità di Funzione Sinaptica Cellulare e Molecolare.

I tessuti cerebrali dei topi sono stati posti in una soluzione salina, imitando l’ambiente naturale del cervello vivente. Normalmente, questa soluzione viene ossigenata per soddisfare le elevate richieste di ossigeno del tessuto cerebrale

. Tuttavia, la sostituzione dell’ossigeno con l’azoto ha permesso ai ricercatori di privare le cellule di ossigeno per periodi di tempo precisi.

I tessuti sono stati poi esaminati al microscopio e su di essi sono stati posizionati degli elettrodi per registrare l’attività elettrica delle singole cellule. Le cellule sono state stimolate in un modo che imita il modo in cui sarebbero stimolate nei topi viventi.

Fermare la memoria e l’attività di apprendimento

Gli scienziati hanno scoperto che il mantenimento dell’aLTP richiede la produzione di NO sia nei neuroni che nei vasi sanguigni del cervello. Gli scienziati dell’Unità di Neuroimaging Ottico dell’OIST hanno dimostrato che, oltre ai neuroni e ai vasi sanguigni, l’aLTP richiede l’attività degli astrociti, un altro tipo di cellula cerebrale.

Gli astrociti collegano e supportano la comunicazione tra neuroni e vasi sanguigni.

“Il mantenimento a lungo termine dell’aLTP richiede la sintesi continua di ossido nitrico. La sintesi di NO è autosufficiente, supportata dal ciclo di NO-glutammato, ma i passaggi molecolari di blocco per la sintesi di NO o quelli che innescano il rilascio di glutammato alla fine interrompono il ciclo e fermano l’aLTP”, ha spiegato il Prof. Tomoyuki Takahashi, leader dell’ex Unità di funzione sinaptica cellulare e molecolare presso l’OIST.

In particolare, i processi cellulari che supportano l’aLTP sono condivisi da coloro che sono coinvolti nel rafforzamento della memoria e nell’apprendimento (LTP). Quando l’aLTP è presente, dirotta le attività molecolari necessarie per l’LTP e la rimozione dell’aLTP può salvare questi meccanismi di miglioramento della memoria.

Ciò suggerisce che l’aLTP di lunga durata può ostacolare la formazione della memoria, spiegando forse perché alcuni pazienti hanno perdita di memoria dopo un breve ictus.

Il Prof. Takahashi ha sottolineato che la formazione di un ciclo di feedback positivo formato tra glutammato e NO quando il cervello è temporaneamente privato di ossigeno è una scoperta importante.

Spiega l’aLTP di lunga durata e può offrire una soluzione per la perdita di memoria causata dalla mancanza di ossigeno.