È stato appena pubblicato su Nature Communication, la prestigiosa rivista scientifica internazionale, il lavoro di un gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienze del Sistema Nervoso e del Comportamento dell’Università di Pavia coordinato dal Prof. Egidio D’Angelo. Il lavoro mette a fuoco una nuova proprietà dei neuroni in grado di modificare le nostre concezioni sul funzionamento del sistema nervoso centrale.
Il fatto è importante poichè gli assoni permettono la trasmissione di segnali all’interno di complesse reti che coinvolgono qualcosa come mille miliardi di neuroni e un milione di miliardi di connessioni nel cervello umano, generando così le funzioni sensoriali, motorie e cognitive e, in ultima analisi, il comportamento e il pensiero.
Negli anni ’50 Hodgkin e Huxley presentarono una teoria sui meccanismi di generazione del potenziale d’azione, il segnale elettrico generato dai neuroni. Tale teoria, che fruttò loro il premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina, è stata adottata pressoché immutata fino ai nostri giorni. Secondo Hodgkin e Huxley, i potenziali d’azione derivano dall’attivazione dei canali ionici del sodio, e fino a qui il corrispettivo con i neuroni del sistema nervoso dei mammiferi è corretto. Tuttavia, i due scienziati studiarono il fenomeno in un caso particolare, l’assone gigante del calamaro, e l’estrapolazione dei loro risultati dall’assone di un invertebrato ai neuroni del sistema nervoso centrale dei mammiferi non è scontata. Infatti, i neuroni dei mammiferi sono costituiti da un corpo cellulare che, tramite una struttura di raccordo chiamata segmento inziale, emette l’assone vero e proprio. Inoltre, i canali del sodio dei mammiferi presentano numerose varianti genetiche e il loro funzionamento è regolato da complessi sistemi molecolari.
Seguendo la teoria originale, si è pensato fino a ora che l’assone dei neuroni dei vertebrati funzionasse esattamente come quello del calamaro. In realtà, modelli matematici elaborati all’Università di Pavia all’interno dello Human Brain Project hanno rivelato che questa assunzione era errata.
I ricercatori italiani, in collaborazione con la New York University, hanno poi dimostrato con sofisticati esperimenti che i canali del sodio sono localizzati prevalentemente nel segmento inziale e solo in misura minore nell’assone, dove complessi sistemi di regolazione basati su un fattore di crescita detto FGF-HF ne modificano le proprietà funzionali. Il fattore FGF-HF è simile al nerve groth factor scoperto da Rita Levi Montalcini (premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia) che controlla la crescita degli assoni del sistema nervoso periferico. Mediante questa regolazione e vari altri adattamenti evolutivi concomitanti, i segnali nervosi negli assoni dei mammiferi vengono trasmessi in modo rapido ed efficiente riducendo di oltre dieci volte il consumo energetico del tessuto cerebrale.
Questi risultati hanno potenziali importanti ricadute per la comprensione delle funzioni nervose e delle loro patologie, che i ricercatori pavesi studiano presso l’IRCCS Mondino. Per esempio l’attivazione dei canali del sodio durante la generazione dei potenziali d’azione è il fattore primario che causa le modifiche locali del metabolismo cerebrale, che a loro volta generano i segnali di risonanza magnetica nucleare funzionale (fMRI), ampiamente impiegati a scopo diagnostico e di ricerca. Inoltre varie patologie neurologiche, da forme di epilessia alla sclerosi multipla, dipendono da disfunzioni dei canali del sodio. Infine, numerosi farmaci attivi sul sistema nervoso interferiscono con la funzione dei canali del sodio.
I risultati riportati in questo studio possono pertanto portare a importanti avanzamenti nella diagnosi e terapia delle patologie neurologiche.
L’articolo è disponibile al link http://www.nature.com/articles/ncomms12895
*Immagine: I canali del sodio sono localizzati nel segmento iniziale (s.i.) e nell’assone dove generano il potenziale d’azione e lo conducono verso altri neuroni.
