I ricercatori identificano un nuovo meccanismo di neuroplasticità legato all'apprendimento e alla memoria

I neuroni sono importanti, ma non sono gli unici attori del processo. Infatti, è la "cartilagine", costituita da aggregati di molecole della matrice extracellulare chiamate condroitinsolfati, situati sulla superficie esterna delle cellule nervose, a svolgere un ruolo chiave nella capacità del cervello di acquisire e immagazzinare informazioni.

Uno studio pubblicato sulla rivista Cell Reports descrive un nuovo meccanismo per la plasticità cerebrale, ovvero il modo in cui le connessioni neurali cambiano in risposta a stimoli esterni. L'articolo è intitolato "I cluster focali della matrice perisinaptica 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 ciò che ci circonda dipendono dall'attività cerebrale, 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, nonché di ricordare quelle già apprese", affermano Yuri Bozzi e Gabriele Cellini.

Questo affascinante fenomeno è reso possibile dalla capacità del cervello di modificare continuamente la struttura e l'efficacia delle connessioni neurali (sinapsi) in risposta a stimoli esterni. Questa capacità è chiamata plasticità sinaptica. Comprendere come avvengono i cambiamenti sinaptici e come contribuiscono all'apprendimento e alla memoria è una delle maggiori sfide delle neuroscienze.

Yuri Bozzi è professore presso l'Università di Trento e coautore principale dell'articolo. Gabriele Cellini è il primo autore dello studio. Cellini ha iniziato a lavorare a questo progetto nel 2017 come assegnista di ricerca post-dottorato nel laboratorio di Sabina Berretta (McLean Hospital e Harvard Medical School, Boston) e ha completato la pubblicazione scientifica mentre lavorava come assegnista di ricerca post-dottorato nel laboratorio di Bozzi presso l'Università di Trento.

Al centro dello studio ci sono i solfati di condroitina, 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 scoperto originariamente dal gruppo del Dott. Alexander Dityatev nel 2001.

Nel 2007, uno studio giapponese descrisse la presenza di cluster di condroitin solfato, di forma rotonda e sparsi apparentemente casualmente nel cervello. Il lavoro fu tuttavia dimenticato, finché il laboratorio di neuroscienze traslazionali di Sabina Berretta non riportò queste strutture alla ribalta scientifica, ribattezzandole cluster CS-6 (da condroitin solfato-6, che ne identifica la precisa composizione molecolare) e dimostrando che le strutture sono associate alle cellule gliali e sono notevolmente ridotte nel cervello di persone con disturbi psicotici.

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

"Abbiamo prima esaminato queste strutture in dettaglio, visualizzandole ad altissima risoluzione. Abbiamo scoperto che si trattava essenzialmente di gruppi di sinapsi rivestite di CS-6, organizzate in una forma geometrica chiaramente riconoscibile. Abbiamo quindi identificato un nuovo tipo di organizzazione sinaptica", affermano gli scienziati.

"A questo punto abbiamo dovuto dare sfogo alla nostra creatività sperimentale; utilizzando una combinazione di approcci comportamentali, molecolari e morfologici sofisticati, ci siamo resi conto che questi composti incapsulati nei 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 Mirzapurdelawar del suo gruppo, abbiamo ridotto l'espressione di CS-6 nell'ippocampo (la 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 Cellini.

"Questo lavoro apre la strada a un nuovo modo di considerare la 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 finalizzata ai processi di apprendimento e memoria", osservano.

"Sembrano rappresentare un nuovo substrato per l'integrazione delle informazioni e la formazione di associazioni a livello multicellulare", aggiungono Dityatev e Berretta.

Questo lavoro è il risultato della collaborazione tra diversi laboratori, tra cui il Translational Neuroscience Laboratory (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), il Neurodevelopmental Disorders Research Laboratory (Yuri Bozzi; CIMeC - Interdisciplinary Center for Brain Science, Università di Trento) e il Molecular Neuroplasticity Laboratory (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).