Un nuovo ruolo dei recettori NMDA nella plasticità cerebrale e nell’apprendimento
I segnali trasmessi tra le cellule nervose del cervello o neuroni utilizzano le sinapsi, ovvero i piccoli spazi tra i neuroni, per comunicare. Le sinapsi possono cambiare e adattarsi nel tempo, un processo noto come plasticità, che è fondamentale anche per la memoria e l’apprendimento. «I neuroni sono stimolati da sinapsi che guidano un certo modello di attività elettrica che poi comunica ad altri neuroni. È così che funziona la rete cerebrale», spiega Brett Carter, coordinatore del progetto NovelNMDA, del Istituto Europeo di Neuroscienze(si apre in una nuova finestra) presso il Centro Medico Universitario(si apre in una nuova finestra) di Göttingen, in Germania. Il progetto è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra). Quando viene «eccitata» o stimolata, la cellula inviante genera un segnale elettrico che si converte in un neurotrasmettitore chimico, in questo caso il glutammato, che interagisce con i recettori della cellula ricevente. I cosiddetti recettori N-metil-D-aspartato (NMDA) sono presenti nella maggior parte delle sinapsi glutammatergiche. «Se riusciamo a capire come gli NMDA segnalano, allora forse potremmo indirizzarli, con altri esperimenti o usando la farmacologia, per cambiare il modo in cui avviene la plasticità sinaptica», osserva l’autore. A lungo termine, questa ricerca fondamentale potrebbe essere utile per sviluppare modi più sofisticati di trattare le condizioni neurologiche, ad esempio per curare la depressione a lungo termine.
Importanza degli ioni calcio
Quando i recettori NMDA sono attivi, aprono un canale che permette agli ioni calcio di entrare e uscire dalla cellula, modificando il comportamento elettrico, spiega. «I recettori NMDA sono stati oggetto di ricerca perché si ritiene che il calcio sia davvero importante per la segnalazione biochimica nelle sinapsi e per la plasticità sinaptica». Tuttavia, i recettori NMDA possono anche bypassare il canale del calcio. «Potrebbe essere indipendente dai segnali di calcio provenienti da questi recettori - un modo nuovo di segnalazione che non è stato apprezzato prima», osserva. «Pensiamo che, oltre ad aprire il canale ionico quando il glutammato si lega, stia inviando qualche altro segnale all’interno della cellula che poi porta a una cascata biochimica per segnalare la plasticità a lungo termine».
Tecniche di imaging per identificare il calcio
Per osservare le singole sinapsi sono state utilizzate tecniche di imaging ottico con molecole fluorescenti sensibili al calcio. Allo stesso tempo, i segnali elettrici generati dai neuroni sono stati monitorati con tecniche di elettrofisiologia in topi di laboratorio, per vedere come funzionavano e cambiavano le singole sinapsi. «Abbiamo usato la farmacologia per manipolare i recettori in determinate vie di segnalazione per vedere come influiva sulla misura dell’elettrofisiologia», spiega il ricercatore, aggiungendo: «Abbiamo fatto dei passi avanti su come avviene questa plasticità». Il team ha scoperto che i recettori NMDA hanno una nuova funzione di segnalazione indipendente dalla loro attività di canale ionico, che sembra coinvolgere la segnalazione retrograda e potenzialmente influenza la plasticità sinaptica in modi non precedentemente compresi. Egli sottolinea che il farmaco ketamina, già utilizzato per il trattamento della depressione resistente, «blocca la funzione di canale ionico del recettore NMDA, ma lascia intatta l’altra funzione non ionica». Le ricerche precedenti si sono concentrate sui cambiamenti post-sinaptici, ma la plasticità si verifica anche nei neuroni presinaptici o invianti, come ha scoperto anche il progetto SYNPRIME, finanziato dall’UE.
Focus sullo sviluppo precoce
Carter osserva che i baffi dei roditori sono importanti organi di rilevamento collegati alla corteccia somatosensoriale, la parte del cervello che elabora informazioni sensoriali come il tatto, il dolore, la temperatura e la consapevolezza fisica. La plasticità avviene continuamente, anche in età avanzata. «Ma noi ci siamo concentrati sulla plasticità dello sviluppo precoce, un periodo critico dello sviluppo in cui l’esperienza nel mondo cambia il modo in cui le cellule della corteccia funzionano», aggiunge. «Oltre alla plasticità a lungo termine, abbiamo osservato un peculiare andamento temporale della plasticità a breve termine nelle sinapsi corticali, che mostra una depressione che si sviluppa nel tempo».
