Gli astrociti del cervello svolgono un ruolo da protagonisti nella memoria a lungo termine

Gli astrociti del cervello svolgono un ruolo da protagonisti nella memoria a lungo termine

Gli scienziati del Salk scoprono che gli astrociti, a lungo considerati giocatori secondari nel cervello, sono necessari per stabilire ricordi duraturi nei topi

LA JOLLA — I ricercatori del Salk hanno scoperto che le cellule a forma di stella chiamate astrociti aiutano il cervello a creare ricordi duraturi. Il nuovo lavoro si aggiunge a una crescente serie di prove secondo cui gli astrociti, a lungo considerati solo cellule di supporto nel cervello, potrebbero avere un ruolo più importante. Lo studio, pubblicato sulla rivista GLIA il 26 luglio 2019, potrebbe fornire informazioni sulle terapie per disturbi in cui la memoria a lungo termine è compromessa, come i traumi cranici o la demenza.

"Questo è un'indicazione che queste cellule stanno facendo molto di più che semplicemente aiutare i neuroni a mantenere la loro attività", afferma il professor Terrence Sejnowski, capo di Salk Laboratorio di neurobiologia computazionale e autore principale del nuovo lavoro. "Ciò suggerisce che in realtà svolgono un ruolo importante nel modo in cui le informazioni vengono trasmesse e immagazzinate nel cervello".

I neuroni del cervello si affidano a segnali elettrici rapidi per comunicare in tutto il cervello e rilasciare neurotrasmettitori, ma gli astrociti generano invece segnali di calcio e rilasciano sostanze note come gliotrasmettitori, alcune delle quali chimicamente simili ai neurotrasmettitori. La visione classica era che la funzione degli astrociti fosse principalmente quella di fornire supporto ai neuroni più attivi, aiutandoli a trasportare i nutrienti, ripulire i detriti molecolari e mantenere i neuroni in posizione. Solo più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che potrebbero svolgere altri ruoli, più attivi, nel cervello attraverso il rilascio di gliotrasmettitori, ma questi rimangono in gran parte misteriosi.

Nel 2014, Sejnowski, il ricercatore post-dottorato Salk António Pinto-Duarte e i loro colleghi ha dimostrato che disabilitando il rilascio di gliotrasmettitori negli astrociti si riduce un tipo di ritmo elettrico nota come oscillazione gamma, importante per le capacità cognitive. In quello studio, quando i ricercatori hanno testato le capacità di apprendimento e memoria di topi con astrociti disabilitati, hanno riscontrato deficit limitati alla loro capacità di discriminare la novità.

Nel nuovo studio, il team di Sejnowski ha esaminato per la prima volta la memoria a lungo termine di topi con astrociti compromessi. Hanno utilizzato animali geneticamente modificati privi di un recettore chiamato inositolo 2-trifosfato di tipo 1,4,5 (IP₃R2), da cui dipendono gli astrociti per rilasciare calcio per comunicare.

I ricercatori hanno testato i topi con tre diversi tipi di sfide di apprendimento e memoria, tra cui l'interazione con un oggetto nuovo e la ricerca dell'uscita da un labirinto. In ogni caso, i topi privi di IP₃R2 ha mostrato la stessa capacità di apprendimento dei topi normali. Inoltre, quando testati nelle 24-48 ore successive a ogni processo di apprendimento iniziale, i topi con astrociti compromessi riuscivano ancora a memorizzare le informazioni, ad esempio orientandosi nel labirinto. I risultati erano in linea con quanto osservato in studi precedenti.

Tuttavia, quando il gruppo ha atteso altre 2-4 settimane e ha sottoposto nuovamente i topi addestrati al test, ha notato grandi differenze: i topi a cui mancava il recettore hanno ottenuto risultati molto peggiori, commettendo più del doppio degli errori nel completare il labirinto.

"Dopo un ritardo di alcune settimane, i topi normali hanno effettivamente ottenuto risultati migliori rispetto a quelli ottenuti subito dopo l'addestramento, perché il loro cervello aveva attraversato un processo di consolidamento della memoria", spiega Pinto-Duarte, autore principale del nuovo articolo. "I topi privi dell'IP₃Il recettore R2 ha avuto prestazioni decisamente peggiori."

È la prima volta che i difetti degli astrociti vengono collegati a difetti nel consolidamento della memoria o nella memoria remota.

È noto che il processo di consolidamento della memoria nel cervello coinvolge diversi meccanismi che influenzano i neuroni. Si ritiene che uno di questi meccanismi si basi su un adattamento ottimale della forza della comunicazione tra neuroni attraverso la memorizzazione a lungo termine. potenziamento, per cui quella forza aumenta, e a lungo termine Depressione, per cui alcune di queste connessioni si indeboliscono. Sejnowski e Pinto-Duarte hanno dimostrato che sebbene i topi senza IP₃R2 e la ridotta attività degli astrociti non hanno avuto problemi con il primo, hanno mostrato deficit significativi nel secondo, suggerendo che gli astrociti potrebbero svolgere un ruolo specifico nella depressione a lungo termine delle connessioni tra i neuroni.

"Il meccanismo della depressione neuronale a lungo termine non è ancora stato studiato o compreso a fondo", afferma Sejnowski. "E questo ci suggerisce che dovremmo analizzare il ruolo degli astrociti nell'indebolimento di queste connessioni neurali".

I ricercatori stanno già pianificando studi futuri per comprendere meglio i percorsi attraverso i quali gli astrociti influenzano la depressione a lungo termine della comunicazione neuronale e della memoria in generale.

"Il vantaggio a lungo termine è che se comprendiamo meglio questi percorsi, potremmo essere in grado di sviluppare metodi per manipolare il consolidamento della memoria con i farmaci", afferma Sejnowski.

Altri ricercatori coinvolti nello studio erano Amanda Roberts dello Scripps Research Institute e Kunfu Ouyang dell'Università di Pechino.

Il lavoro è stato sostenuto dalla Fundação Calouste Gulbenkian, dall'Howard Hughes Medical Institute, dal Kavli Institute for Brain and Mind e dalla Shenzhen Basic Research Foundation.

DOI: 10.1002/glia.23679