L’individualità delle sinapsi
Il cervello umano è composto da circa 85 miliardi di neuroni che, con una combinazione di segnali elettrici e chimici, comunicano tra loro permettendoci di muoverci, pensare e sentire. Il punto di incontro in cui avviene questa comunicazione è noto come sinapsi. Sebbene ogni sinapsi trasmetta segnali, non tutte lo fanno allo stesso modo. Il perché è stato a lungo un mistero, ma la ricerca del progetto Dyn-Syn-Mem, finanziato dall’UE, ha chiarito il funzionamento interno del sistema nervoso. «Volevamo capire come la nano-organizzazione e la mobilità dei recettori dei neurotrasmettitori nelle sinapsi determinino la specializzazione funzionale delle connessioni neuronali», spiega Daniel Choquet(si apre in una nuova finestra), ricercatore presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica(si apre in una nuova finestra) (CNRS) e l’Università di Bordeaux(si apre in una nuova finestra), partner coordinatore del progetto. Il progetto ha ricevuto il supporto del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra).
Nuove conoscenze sull’elaborazione delle informazioni, sull’apprendimento e sulla memoria
Concentrando l’attenzione sui recettori del glutammato di tipo AMPA (AMPAR), i principali mediatori delle trasmissioni eccitatorie veloci, il progetto ha sviluppato e applicato immagini all’avanguardia a super-risoluzione, il tracciamento di singole particelle e l’ingegneria molecolare per visualizzare, manipolare e analizzare le dinamiche dei recettori all’interno del tessuto cerebrale intatto. «Integrando questi strumenti con test fisiologici e comportamentali, siamo stati in grado di studiare come l’organizzazione dei recettori su scala nanometrica contribuisca all’elaborazione delle informazioni, all’apprendimento e alla memoria», spiega Choquet.
Implicazioni per la comprensione del declino cognitivo
L’approccio multidisciplinare del progetto ha portato a diversi risultati innovativi. Ad esempio, per quanto riguarda la memoria, i ricercatori hanno identificato difetti precoci su scala nanometrica nella dinamica degli AMPAR che precedono la perdita neuronale e il declino cognitivo, e che li rendono promettenti biomarcatori o bersagli terapeutici. Il progetto ha anche scoperto che gli AMPAR sono organizzati in nanocluster dinamici, chiamati nanodomini, e che questi definiscono la forza sinaptica e la plasticità regolando la concentrazione locale dei recettori. «Abbiamo scoperto che le proprietà di queste nanodomini differiscono tra le sinapsi, conferendo una firma molecolare che determina l’identità funzionale di ciascuna sinapsi», aggiunge Choquet. Oltre a queste scoperte scientifiche, il progetto ha sviluppato strumenti molecolari innovativi e pipeline di imaging quantitativo che vengono ora usati dai ricercatori di tutto il mondo per esplorare la funzione dei recettori in persone sane e malate.
Ridefinire il concetto di diversità sinaptica
Dyn-Syn-Mem ha ridefinito il concetto di diversità sinaptica. «Invece di vedere le sinapsi come entità uniformi, ora sappiamo che la distribuzione e la mobilità dei recettori su scala nanometrica determinano il modo in cui le singole sinapsi calcolano e rispondono all’attività», osserva Choquet. Secondo Choquet, questa scoperta è fondamentale per capire come il cervello codifica e memorizza le informazioni. «Grazie al nostro lavoro, le alterazioni nella nano-organizzazione dei recettori sono ora riconosciute come fattori che contribuiscono precocemente alla disfunzione cognitiva in malattie come l’Alzheimer, la malattia di Huntington e i disturbi dello spettro autistico», spiega. Il lavoro del progetto sostiene inoltre le priorità chiave dell’UE nel campo delle neuroscienze e dell’invecchiamento sano, offrendo nuove basi concettuali e tecnologiche per il trattamento delle malattie cerebrali.
Dalla dinamica dei recettori ai disturbi cerebrali
Per proseguire sulla strada del trattamento delle malattie cerebrali, i ricercatori stanno studiando come gli stati patologici del cervello, come lo stress cronico, la neuroinfiammazione, l’invecchiamento o le mutazioni genetiche, alterino l’organizzazione su scala nanometrica delle sinapsi. Inoltre si stanno occupando di verificare se il ripristino delle dinamiche recettoriali fisiologiche attraverso interventi mirati possa salvare la funzione cognitiva in modelli di malattia. «La prossima frontiera è traslazionale: applicheremo ciò che abbiamo imparato sulla dinamica dei recettori nel campo dei disturbi cerebrali», conclude Choquet.
