Quando si tratta di sentire dolore, tatto o prurito, la posizione è importante

Quando si tratta di sentire dolore, tatto o prurito, la posizione è importante

La ricerca di Salk è la prima a delineare dove si trovano nel midollo spinale le diverse cellule associate all'attivazione dei riflessi sensomotori.

LA JOLLA—Quando tocchi una stufa calda, la tua mano si allontana di riflesso; se sbagli un piolo su una scala, ti riprendi istintivamente. Entrambi i movimenti durano una frazione di secondo e non richiedono alcuna riflessione. Ora, i ricercatori del Salk Institute hanno mappato l'organizzazione fisica delle cellule nel midollo spinale che contribuiscono a mediare questi e altri "riflessi sensomotori" critici.

Il nuovo progetto di questo aspetto del sistema sensomotorio, descritto online in Neuron l'11 novembre 2020, potrebbe portare a una migliore comprensione di come si sviluppa e di come può manifestarsi in condizioni come prurito o dolore cronici.

"Sono state condotte molte ricerche sulla periferia di questo sistema, osservando come le cellule della pelle e dei muscoli generano segnali, ma non sapevamo come queste informazioni sensoriali vengono trasmesse e interpretate una volta raggiunto il midollo spinale", afferma Martyn Goulding, professore presso il Laboratorio di Neurobiologia Molecolare del Salk e titolare della cattedra Frederick W. e Joanna J. Mitchell. "Questo nuovo lavoro ci fornisce una comprensione fondamentale dell'architettura del nostro sistema sensomotorio".

I comportamenti riflessi, osservati anche nei neonati, sono considerati tra i più semplici elementi costitutivi del movimento. Tuttavia, i riflessi devono tradurre rapidamente le informazioni dai neuroni sensoriali che rilevano il tatto, il calore e gli stimoli dolorosi ai motoneuroni, che determinano l'azione dei muscoli. Per la maggior parte dei riflessi, le connessioni tra i neuroni sensoriali e i motoneuroni sono mediate dagli interneuroni nel midollo spinale, che fungono da una sorta di "intermediari", risparmiando così tempo bypassando il cervello. Il modo in cui questi intermediari siano organizzati per codificare le azioni riflesse è poco compreso.

Goulding e i suoi colleghi si sono rivolti a una serie di strumenti di ingegneria molecolare sviluppati nell'ultimo decennio per esaminare l'organizzazione di questi riflessi spinali nei topi. In primo luogo, hanno mappato quali interneuroni erano attivi quando i topi rispondevano in modo riflesso a sensazioni come prurito, dolore o tatto. Hanno poi sondato la funzione degli interneuroni attivandoli e disattivandoli individualmente e osservando come venivano influenzati i comportamenti riflessi risultanti.

"Quello che abbiamo scoperto è che ogni riflesso sensomotorio era definito dai neuroni nello stesso spazio fisico", afferma il ricercatore post-dottorato Graziana Gatto, il primo autore del nuovo articolo. "Neuroni diversi nello stesso punto, anche se con firme molecolari molto diverse, avevano la stessa funzione, mentre neuroni più simili, situati in aree diverse del midollo spinale, erano responsabili di riflessi diversi".

Gli interneuroni nello strato più esterno del midollo spinale erano responsabili della trasmissione dei messaggi riflessi relativi al prurito tra le cellule sensoriali e quelle motorie. Gli interneuroni più profondi trasmettevano messaggi di dolore, ad esempio facendo muovere un piede toccato da uno spillo a un topo. E il gruppo più profondo di interneuroni aiutava i topi a mantenere l'equilibrio in modo riflesso, stabilizzando il corpo per evitare cadute. Ma all'interno di ciascuna area spaziale, i neuroni presentavano proprietà molecolari e identità diverse.

"Questi comportamenti riflessivi devono essere molto robusti per sopravvivere", afferma Goulding. "Quindi, avere diverse classi di interneuroni in ogni area che contribuiscono a un particolare riflesso crea ridondanza nel sistema".

Dimostrando che la posizione di ciascun tipo di interneurone all'interno del midollo spinale è più importante dell'origine evolutiva della cellula o dell'identità genetica, il team ha testato e confermato una teoria esistente su come sono organizzati questi sistemi riflessi.

Ora che conoscono l'architettura fisica dei circuiti interneuronali che compongono queste diverse vie riflesse, i ricercatori stanno pianificando studi futuri per svelare come vengono trasmessi i messaggi e come i neuroni all'interno di ogni spazio interagiscono tra loro. Questa conoscenza viene ora utilizzata per indagare come i cambiamenti patologici nel sistema somatosensoriale si traducano in prurito o dolore cronici. In un documento di accompagnamento, Gatto e Goulding hanno collaborato con Rebecca Seal dell'Università di Pittsburgh per mappare l'organizzazione dei neuroni che generano diverse forme di dolore cronico.

Tra gli altri autori figurano Steeve Bourane, Xiangyu Ren, Stefania Di Constanzo e Peter Fenton del Salk Institute; e Priyabrata Halder e Rebecca Seal della Facoltà di Medicina dell'Università di Pittsburgh.

Il lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dei National Institutes of Health, dell'EMBO, dell'HA e del Mary K. Chapman Charitable Trust e della David Scaife Foundation.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.10.003