I ricercatori hanno identificato un nuovo meccanismo di neuroplasticità associato all'apprendimento e alla memoria

I neuroni sono importanti, ma non sono gli unici attori in gioco. In effetti, è la "cartilagine", gruppi di molecole della matrice extracellulare chiamate condroitin solfati situati all'esterno delle cellule nervose, che svolgono un ruolo chiave nella capacità del cervello di acquisire e immagazzinare informazioni.

Lo studio, pubblicato sul giornale Cell Reports, descrive un nuovo meccanismo di plasticità cerebrale, ovvero il modo in cui le connessioni neurali cambiano in risposta a stimoli esterni. L'articolo è intitolato "I cluster di matrice peri-sinaptica focale promuovono la plasticità e la memoria dipendenti dall'attività nei topi".

Questo lavoro è il risultato di una collaborazione tra la Harvard Medical School, l'Università di Trento e il Centro tedesco per le malattie neurodegenerative (DZNE) di Magdeburgo.

"Le capacità sensoriali e la capacità di comprendere il nostro ambiente dipendono dall'attività del cervello, che ci permette di percepire ed elaborare gli stimoli provenienti dal mondo esterno. Attraverso il nostro cervello siamo in grado di acquisire e immagazzinare nuove informazioni, come nonché ricordare informazioni che abbiamo già appreso", affermano Yuri Bozzi e Gabriele Chelini.

"Questo affascinante fenomeno è reso possibile dalla capacità del cervello di modificare continuamente la struttura e l'efficacia delle connessioni neurali (sinapsi) in risposta agli stimoli esterni. Questa capacità è chiamata plasticità sinaptica. Comprendere come avvengono i cambiamenti sinaptici e come contribuiscono alla l'apprendimento e la memoria sono uno dei compiti principali della neurobiologia."

Yuri Bozzi è professore all'Università di Trento e co-autore principale dell'articolo. Gabriele Chelini è il primo autore dello studio. Celini ha iniziato a lavorare su questo progetto nel 2017 come postdoctoral fellow nel laboratorio guidato da Sabina Berretta (McLean Hospital e Harvard Medical School, Boston) e ha completato la pubblicazione scientifica mentre lavorava come postdoctoral fellow nel laboratorio di Bozzi presso l'Università di Trento. /p>

Lo studio si concentra sui condroitin solfati, molecole ben note per il loro ruolo nelle articolazioni, che svolgono anche un'importante funzione nella plasticità cerebrale, essendo parte integrante della matrice extracellulare del cervello, come originariamente scoperto dal gruppo del Dr. Alexander Dityatev nel 2001.

Nel 2007, uno studio giapponese ha descritto la presenza di grappoli di condroitin solfati di forma rotonda sparsi in modo apparentemente casuale nel cervello. Questo lavoro fu però dimenticato, finché il laboratorio di neurobiologia traslazionale di Sabine Berretta riportò queste strutture all'attenzione della comunità scientifica, ribattezzandole cluster CS-6 (per condroitin solfato-6, che ne identifica la precisa composizione molecolare) e dimostrando che queste strutture sono associati alle cellule gliali e sono notevolmente ridotti nel cervello delle persone con disturbi psicotici.

Poi, nel 2017, Gabriele Celini, appena assunto nel laboratorio di Berretta, è stato incaricato di scoprire la funzione di questi cluster.

"Abbiamo prima esaminato queste strutture in dettaglio, immaginandole ad altissima risoluzione. Abbiamo scoperto che sono essenzialmente gruppi di sinapsi rivestiti di CS-6 e organizzati in una forma geometrica chiaramente riconoscibile. Abbiamo quindi identificato un nuovo tipo di sinapsi organizzazione "dicono gli scienziati.

"A questo punto abbiamo dovuto esercitare un po' di 'creatività sperimentale'; attraverso una combinazione di approcci comportamentali, molecolari e morfologici sofisticati, ci siamo resi conto che questi composti, incapsulati in cluster CS-6, cambiano in risposta all'attività elettrica nel cervello."

"Infine, grazie alla collaborazione con Alexander Dityatev del DZNE Magdeburg e agli sforzi di Hadi Mirzapourdelawar del suo gruppo, abbiamo ridotto l'espressione di CS-6 nell'ippocampo (una regione del cervello responsabile dell'apprendimento spaziale) e dimostrato che la presenza di CS-6 è necessaria per la plasticità sinaptica e la memoria spaziale," sottolineano Bozzi e Celini.

"Questo lavoro apre la strada a una nuova visione della funzione cerebrale. È possibile che tutte le sinapsi formate su diversi neuroni all'interno dei cluster CS-6 abbiano la capacità di rispondere insieme a specifici stimoli esterni e di partecipare a una funzione comune mirata a processi di apprendimento e memoria " notano.

"Sembrano rappresentare un nuovo substrato per integrare le informazioni e formare associazioni a livello multicellulare", aggiungono Dityatev e Berretta.

Questo lavoro è il risultato di una collaborazione tra diversi laboratori, tra cui il Laboratorio di Neurobiologia Traslazionale (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), il Laboratorio di Ricerca sui Disturbi del Neurosviluppo (Yuri Bozzi; CIMeC - Centro Interdisciplinare per le Scienze del Cervello), Università di Trento) e la neuroplasticità molecolare (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).