Bonsai biomolecolari: controllo della potatura e rafforzamento dei rami neuronali

Bonsai biomolecolari: controllo della potatura e rafforzamento dei rami neuronali

In questo preciso momento, i miliardi di neuroni nel tuo cervello stanno usando i loro trilioni di connessioni per consentirti di leggere e comprendere questa frase.

Ora, studiando i neuroni coinvolti nel senso dell'olfatto, i ricercatori della Facoltà di Scienze Mediche dell'Università di Kyushu riportano un nuovo meccanismo alla base del bonsai biomolecolare che rafforza selettivamente queste connessioni.

Il modo in cui i circuiti neuronali si rimodellano nel tempo, specialmente durante lo sviluppo iniziale, è una questione aperta in neurobiologia. All'inizio dello sviluppo neuronale, i neuroni formano una quantità eccessiva di connessioni che vengono gradualmente eliminate man mano che altre si rafforzano.

Studiando un tipo di neurone olfattivo noto come cellula mitrale nei topi, il team di ricerca ha scoperto che la proteina BMPR-2 è uno dei regolatori chiave della stabilizzazione selettiva della ramificazione neuronale e che il rafforzamento avviene solo quando il ramo riceve segnali da altri neuroni. .

"Uno dei motivi principali per cui utilizziamo i neuroni olfattivi è perché sono di facile accesso e studio e le cellule mitrali sviluppano solo un singolo ramo", spiega Shuhei Aihara, primo autore dello studio pubblicato su Rapporti Cellulari.

“Quando un neurone olfattivo rileva una molecola specifica che annusiamo, invia il segnale a una specifica 'stazione di passaggio' nel bulbo olfattivo del cervello chiamato glomerulo. Quel segnale viene quindi trasmesso al cervello attraverso le cellule mitrali. Una cellula mitrale riceve segnali per un odore specifico”.

In una fase molto precoce dello sviluppo, queste cellule mitrali inviano rami in molti glomeruli. Col passare del tempo, questi rami, noti come dendriti, vengono potati per lasciare solo una singola connessione forte. Il team di ricerca ha cercato di scoprire quale tipo di segnali molecolari ha fatto sì che un ramo fosse preferito agli altri.

Bonsai biomolecolari: controllo della potatura e rafforzamento dei rami neuronali

Dopo aver analizzato i fattori candidati noti per controllare la crescita dendritica e il rimodellamento dai segnali estrinseci, il team si è concentrato sulla proteina BMPR-2.

"Quando abbiamo interrotto BMPR-2, le cellule mitrali fallirebbero nella stabilizzazione selettiva e formerebbero connessioni multiple a più glomeruli", spiega Aihara. "Nel nostro passaggio successivo, abbiamo scoperto che BMPR-2 è legato a una proteina chiamata LIMK e solo quando BMPR-2 viene attivato dalla proteina di segnalazione cellulare chiamata BMP rilascia LIMK nella cellula".

È noto che LIMK attiva il processo per assemblare l'actina, lo "scheletro" della cellula. Una volta attivata, l'actina inizia a costruire fibre lunghe che stabilizzano i dendriti.

Tuttavia, questo non spiegava ancora come questo meccanismo rafforzi dendriti specifici. Il passo successivo del team è stato trovare gli elementi che attivano LIMK. La loro indagine li ha portati a identificare un noto neurotrasmettitore, l'acido glutammico, come uno dei fattori che danno il via al processo.

“L'acido glutammico è necessario per la trasmissione dei segnali tra i neuroni. Presi insieme, ciò significa che sia il BMP che i segnali neurali sono necessari per formare l'actina, inducendo così la costruzione di un dendrite stabile", afferma Aihara.

“È come il freno e l'acceleratore della tua macchina. È necessario rilasciare il freno, in questo caso BMPR-2 rilasciando LIMK, quindi premere l'acceleratore, il segnale del neurotrasmettitore, per far avanzare il macchinario. La necessità di un controllo simultaneo, o input, è la base della stabilizzazione selettiva del ramo”.

Takeshi Imai, che ha guidato il team, conclude: "Speriamo che queste nuove intuizioni sullo sviluppo neurale possano portare a un'ulteriore comprensione dei meccanismi fondamentali alla base delle funzioni cerebrali critiche e dei possibili trattamenti nelle patologie evidenziate dalla disfunzione sinaptica".

"Il nostro prossimo passo è trovare i fattori che promuovono la potatura dei dendriti e vogliamo anche vedere se questo meccanismo nel bulbo olfattivo è fondamentale in tutta la neocorteccia".