Dolore: un canale coinvolto nello sviluppo può anche sopprimerlo

Dolore-Immagine Credit Public Domain-

“Il dolore è qualcosa di buono”. È il modo del corpo per impedire a un animale di farsi del male o di ripetere un errore pericoloso. Ma a volte la sensazione debilitante di dolore può intralciare. Quindi l’evoluzione ha escogitato modi per reprimere quella risposta in determinate circostanze.

I ricercatori della UC Santa Barbara hanno identificato il percorso nei moscerini della frutta che riduce la sensazione di dolore dovuto al calore. Sorprendentemente, solo un singolo neurone su ciascun lato del cervello dell’animale controlla la risposta. Inoltre, la molecola responsabile della soppressione di questa sensazione nelle mosche adulte ha il ruolo opposto nelle larve di mosca.

I sorprendenti risultati appaiono su Current Biology.

Il cervello di un moscerino della frutta ha circa un milione di volte meno neuroni del nostro. “Eppure non ci aspettavamo che una singola coppia di neuroni avrebbe avuto un ruolo così importante nella soppressione del dolore“, ha detto l’autore senior dello studio Craig Montell, Professore di Duggan e illustre Professore di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo.

“Li chiamiamo ‘Epione’ o Epi neuroni, per via della dea greca che leniva il dolore”, ha detto il primo autore Jiangqu Liu, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Montell.

Gli autori si affrettano a chiarire un punto. “Il dolore è un’interpretazione”, ha detto Montell. “Un violento schiaffo sulla schiena da parte di un compagno di squadra dopo una vittoria potrebbe essere fantastico, ma non da parte di un bullo nel parco giochi. Dal momento che non possiamo chiedere ai moscerini della frutta la loro interpretazione delle temperature calde, un termine più accurato è ‘nocicezione’, che si riferisce al modo in cui il corpo percepisce uno stimolo potenzialmente dannoso e quindi trasmette le informazioni per indurre una risposta di evitamento“.

Gli esseri umani sono ben noti per essere in grado di sopprimere il dolore in alcune situazioni. Tuttavia, gli scienziati non sanno molto sulla soppressione della nocicezione nelle mosche, che sono cavalli di battaglia per la ricerca sensoriale. Montell e il suo laboratorio volevano determinare se le mosche hanno un tale sistema e, in tal caso, individuare i neuroni coinvolti e comprendere il meccanismo.

I ricercatori si sono concentrati sulla nocicezione in risposta al calore. Prima avevano bisogno di un modo per misurare come gli animali rispondevano alle temperature calde. Hanno posizionato le mosche su una piastra calda e misurato il numero che è saltato già entro 10 secondi. Quasi tutte le mosche hanno mostratouna temperatura tra i 38°C e i 44°C (da circa 100°F a 111°F). Ora il team ha cercato di identificare i neuroni che sopprimono la loro avversione alle alte temperature e ridurcono la risposta.

Localizzare i neuroni

Gli autori si sono chiesti se i neuroni coinvolti nella soppressione del dolore termico potessero esprimere un particolare neuropeptide. I neuropeptidi sono un po’ come i neurotrasmettitori, tranne per il fatto che i neurotrasmettitori mediano tra neuroni adiacenti, mentre i neuropeptidi possono avere un effetto più sistemico. Di conseguenza hanno un impatto su molti comportamenti. Diversi gruppi di neuroni tendono ad esprimere diversi neuropeptidi. Liu, Montell e i loro coautori hanno utilizzato i segmenti di DNA che controllano l’espressione di 35 diversi geni neuropeptidici per guidare l’espressione di una proteina che attiva i neuroni.

Dei 35 diversi gruppi di neuroni, uno ha chiaramente ridotto la tendenza delle mosche a saltare dalla piastra calda. Questi neuroni producono il neuropeptide AstC, che è correlato a un composto dei mammiferi che contribuisce alla soppressione del dolore negli esseri umani.

I ricercatori hanno quindi espresso il gene che codifica per un canale fotosensibile in questo gruppo di neuroni. Questo ha permesso loro di attivare i neuroni usando la luce. Come previsto, la stimolazione di questi neuroni ha ridotto la tendenza delle mosche a saltare giù dalla piastra calda.

Gli autori hanno quindi utilizzato la sezione di DNA che controlla l’espressione di AstC per controllare invece un gene per la proteina fluorescente verde. Ora potevano finalmente vedere quali neuroni si stavano attivando. E’ stato allora che i ricercatori hanno scoperto che l’attivazione di un solo neurone su ciascun lato del cervello (i neuroni Epi) sopprimeva la risposta nocicettiva.

Una volta che il team ha trovato i neuroni responsabili della soppressione del dolore termico, erano curiosi di sapere se i neuroni Epi fossero essi stessi termosensibili o stessero ricevendo un segnale da altri neuroni.

I ricercatori hanno espresso un gene che codifica per una proteina che emette fluorescenza quando gli ioni di calcio si riversano nei neuroni Epi. Hanno scoperto che i livelli di calcio aumentavano con l’aumentare della temperatura, anche quando usavano una sostanza chimica per bloccare la comunicazione tra i neuroni. Questi risultati hanno indicato che i neuroni Epi stavano rilevando direttamente l’alta temperatura.

I ricercatori hanno determinato che uno specifico canale ionico nella membrana cellulare dei neuroni Epi era responsabile della rilevazione del calore. Questo canale, chiamato Painless, è un membro della famiglia di canali TRP. I canali TRP hanno ruoli ampi nella sensazione, inclusa la sensazione di temperatura. Infatti, Painless è richiesto anche per la nocicezione termica nelle larve di mosca. “Quindi Painless può avere ruoli opposti nella risposta al calore nocivo”, ha detto Montell. “In alcuni neuroni, il canale è necessario affinché l’animale possa sfuggire alle alte temperature, mentre nei neuroni Epi, Painless è necessario per sopprimere la nocicezione. Questa è una svolta interessante e sorprendente”.

“Questa è la prima volta, per quanto ne so, che si scopre che un canale TRP percepisce il calore nocivo non per indurre una risposta nocicettiva, ma per sopprimerla“, ha aggiunto Montell.

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Ricapitolando: gli autori hanno scoperto che esiste un meccanismo per sopprimere la nocicezione termica nelle mosche e hanno scoperto che è mediato da una singola coppia di neuroni, chiamati neuroni Epi. Hanno anche scoperto che i neuroni Epi rispondono direttamente al calore e che questa capacità dipende da un canale TRP precedentemente noto chiamato Painless, che può effettivamente innescare la nocicezione nelle larve di mosca. Il team ha anche scoperto che il calore attiva direttamente i neuroni Epi, inducendoli a rilasciare il neuropeptide AstC. Questo composto si lega quindi al recettore AstC-R1 in altri neuroni che è correlato ai recettori degli oppiodi dei mammiferi.

Il team prevede di indagare ulteriormente sui percorsi coinvolti in questa risposta anti-nocicezione. Ad esempio, sperano di identificare i neuroni che funzionano a valle di quelli che esprimono AstC-R1. Il loro lavoro solleva la questione se un canale TRP attivato termicamente possa sopprimere la nocicezione anche nei mammiferi. In tal caso, Montell sospetta che si troverebbe nelle nostre estremità piuttosto che nel cervello, poiché i mammiferi mantengono una temperatura interna costante, a differenza dei moscerini della frutta.