Neuroni come Wi-Fi: svelata la prima mappa dei segnali nervosi, ecco come funziona

Neuroni come Wi-Fi: svelata la prima mappa dei segnali nervosi, ecco come funziona
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Venerdì 24 Novembre 2023, 20:46

L’idea che il sistema nervoso trasmetta messaggi da una cellula nervosa all’altra solo attraverso le sinapsi – i punti in cui le cellule si collegano da un capo all’altro – sta cambiando. Due studi mostrano come i messaggi possano passare tra le cellule su distanze maggiori, attraverso una rete nervosa "senza fili" nel verme Caenorhabditis elegans.

I ricercatori non avevano apprezzato la portata di questa comunicazione wireless, che avviene quando una molecola chiamata neuropeptide viene rilasciata da un neurone e intercettata da un altro a una certa distanza. I nuovi studi, pubblicati su Nature 1 e Neuron 2 , mappano per la prima volta l’intera rete di comunicazione dei neuropeptidi in un organismo modello. "Sapevamo dell'esistenza di queste connessioni chimiche, ma questo è probabilmente lo studio più completo condotto su un intero sistema nervoso", afferma Gáspár Jékely, neuroscienziato dell'Università di Heidelberg in Germania, non coinvolto nel lavoro. E ciò che la ricerca dimostra, aggiunge, è che “non è tutta una questione di sinapsi”.

Costruttori di mappe

I ricercatori avevano precedentemente elaborato mappe di collegamenti anatomici – i connettomi – che mostravano come tutti i neuroni nel moscerino della frutta ( Drosophila melanogaster ) e nella C. elegans sono collegati tramite le loro sinapsi. Tuttavia, William Schafer, un neuroscienziato del Laboratorio di Biologia Molecolare dell’MRC a Cambridge, nel Regno Unito, si è interrogato sul ruolo dei neuropeptidi, che erano considerati semplicemente aiutanti nella messaggistica del sistema nervoso. "Quando ho iniziato a parlarne per la prima volta", dice, "alcune persone si sono chieste, 'è tutto solo una specie di zuppa'" in cui i neuropeptidi fluttuano casualmente da un neurone all'altro, "o puoi davvero pensarlo come un rete?"

Lui e i suoi colleghi hanno analizzato quali neuroni nel sistema nervoso di C. elegans esprimessero geni per determinati neuropeptidi e quali esprimessero geni per i recettori di quei neuropeptidi. Utilizzando questi dati, il team ha previsto quali coppie di cellule nervose potrebbero comunicare in modalità wireless. Sulla base di questi risultati, i ricercatori hanno generato una potenziale mappa delle connessioni wireless nel verme, trovando una fitta connettività che appare molto diversa dallo schema elettrico anatomico di C. elegans . Hanno pubblicato i loro risultati su Neuron 2 la scorsa settimana.

Indipendentemente, un team guidato da Andrew Leifer, un neuroscienziato dell’Università di Princeton nel New Jersey, ha studiato come i segnali viaggiano attraverso C. elegans misurando l’attività neuronale, rivelando il contributo di questa rete wireless. Il team si è avvalso dell'optogenetica, una tecnica che utilizza la luce e proteine ​​sensibili alla luce per attivare le cellule nervose in modo che possano inviare "messaggi" elettrici. Uno per uno, i ricercatori hanno attivato ciascuno dei 302 neuroni di C. elegans e poi hanno osservato come i segnali si propagavano da un neurone a quello successivo.

La mappa dell’attività che hanno creato non seguiva ciò che avrebbero previsto per C.

elegans sulla base del solo connettoma standard – e sospettavano che la comunicazione neuropeptidica fosse il pezzo mancante. Quindi hanno prodotto un verme geneticamente modificato privo di una proteina cruciale per questo tipo di segnalazione, e hanno visto che quando hanno provato ad attivare le cellule del verme con l'optogenetica, molti di loro sono rimasti in silenzio. Ciò suggerisce che la comunicazione wireless nel verme attiva direttamente i neuroni.

Quando i ricercatori hanno sviluppato un modello per descrivere l'attività neuronale nel C. elegans , hanno scoperto che quello che incorporava sia le connessioni sinaptiche cablate che la segnalazione wireless prevedeva meglio il modo in cui i segnali viaggiavano nel verme rispetto alle sole connessioni sinaptiche. Il team ha pubblicato i suoi risultati su Nature 1 all'inizio di questo mese e li ha presentati al convegno della Society for Neuroscience a Washington DC il 14 novembre.

Una visione completamente nuova

"È stato sorprendente vedere quanta comunicazione [neuropeptidica] possa effettivamente portare all'attivazione diretta dei neuroni", afferma Francesco Randi, primo autore dell'articolo su Nature , che ha svolto il lavoro mentre era a Princeton.

"La rete neuropeptidica è stata pensata come un ausilio per la segnalazione sinaptica", afferma Isabel Beets, neuroscienziata dell'Università cattolica di Leuven in Belgio e autrice dello studio Neuron . "Ma l'ampia scala di questa mappa di segnalazione mostra davvero che è altrettanto importante, complessa e forse anche più diversificata della rete di segnalazione sinaptica."

Farmaci come il popolare trattamento dimagrante semaglutide (Wegovy) possono attivare i recettori dei neuropeptidi nel corpo, quindi comprendere questa rete wireless è importante, afferma Schafer. Il prossimo passo per Schafer e i suoi colleghi sarà quello di intraprendere studi simili su altri organismi, con l'obiettivo di comprendere come la rete neuropeptidica, in combinazione con la rete sinaptica "cablata", contribuisce al comportamento di un organismo. Una tecnica pubblicata su Science 3 la scorsa settimana che consente ai ricercatori di visualizzare dove i neuropeptidi si legano ai loro recettori potrebbe aiutare in questa ricerca. Poiché i neuropeptidi sono conservati in tutte le specie, alcuni ricercatori sospettano che questa rete possa apparire simile a quella di altri organismi, compreso l’uomo.

"I due articoli sono bellissimi esempi di come sfruttare un organismo semplice e ben studiato con molti strumenti molecolari e genetici per iniziare ad apprendere lezioni che sono sicuro al 100% si applicheranno a tutti gli animali", afferma Stephen Smith, un neuroscienziato. presso l'Allen Institute di Seattle, Washington.

I ricercatori sperano che i risultati stimolino gli altri a pensare diversamente su come nascono le dinamiche neurali. "Penso che dobbiamo abbandonare la visione del sistema nervoso basata esclusivamente sulle sinapsi", afferma Jékely. "Non funzionerà."

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