Scoperto nuovo percorso che regola l’elaborazione delle informazioni nel cervello

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Gli scienziati dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno individuato un nuovo percorso che sembra giocare un ruolo importante nella elaborazione delle informazioni nel cervello. La loro ricerca offre anche un’idea di come gli squilibri in questo percorso potrebbero contribuire ad anomalie cognitive negli esseri umani.

Lo studio, pubblicato nel numero del 9  Novembre 2012 della rivista Cella , si concentra sulle azioni di una proteina chiamata HDAC4. I ricercatori hanno scoperto che HDAC4 è criticamente coinvolta nella regolazione dei geni essenziali per la comunicazione tra i neuroni.

“Abbiamo scoperto che HDAC4 reprime questi geni, e la sua funzione in un dato neurone è controllata da attività di altri neuroni che formano un circuito”, ha detto TSRI Assistant Professor Anton Maximov, principale autore dello studio.Le sinapsi, giunzioni  di neuroni specializzati che permettono lo scambio di informazioni, sono incredibilmente complesse e costruite con centinaia di geni. Molti di questi geni vengono indotti  quando i neuroni ricevono input da altri neuroni eccitatori, compresi quelli attivati da esperienze sensoriali come la visione, l’udito e l’olfatto. Questo processo influenza l’assemblaggio di circuiti neurali durante lo sviluppo, e svolge un ruolo fondamentale nell’apprendimento e nella memoria.

Il laboratorio Maximov è interessato a capire come si formano sinapsi e come esse vengono  regolate. Precedenti studi hanno identificato diversi fattori necessari per l’attività-dipendente trascrizione nel cervello (trascrizione è un processo di conversione delle informazioni genetiche dal DNA a RNA), ma Maximov ha  rilevato che  molti puzzle restano ancora da risolvere. Ad esempio, la maggior parte delle sinapsi geni correlati tacciono nel cervello embrionale, che non riceve direttamente input sensoriale da un mondo esterno. Questi geni diventano de-repressi poco dopo la nascita, ma gli scienziati sanno ancora poco dei meccanismi alla base di questo processo.

Riccardo III Sando, uno studente laureato presso la Kellogg TSRI, Scuola di Scienze e Tecnologie, membro del laboratorio Maximov e primo autore dello studio, ha sottolineato che  il team si è  interessato  dell’ istone deacetilasi (HDAC), che comprende HDAC4, in parte perché essi sono  implicati nella regolazione della trascrizione dei tessuti non neuronali. “Classe IIa HDAC sono anche noti per cambiare la loro localizzazione cellulare in risposta a segnali diversi,” ha affermato il ricercatore. “Ci sono stati accenni che nei neuroni, la traslocazione di HDAC4 dal nucleo al citoplasma può essere innescata da attività sinaptica. Abbiamo scoperto che i topi mutanti,  privi di rilascio del trasmettitore eccitatorio nel cervello, accumulano HDAC4 in nuclei neuronali., Ma ciò che è stato davvero emozionante è stata la  nostra scoperta che il nucleare HDAC4 reprime un pool di geni coinvolti nella comunicazione sinaptica e nella formazione della memoria. ”

Per ulteriori informazioni sulla funzione di HDAC4 nel cervello, il team ha voluto studiare il suo ruolo in un modello murino. Prima, però, gli scienziati hanno dovuto superare un grave ostacolo tecnico – HDAC4 ha anche  la funzione di  proteggere i neuroni da apoptosi (morte cellulare programmata), così la completa inattivazione di questo gene porterebbe alla neurodegenerazione. Per risolvere questo problema, il team ha generato topi portatori di una forma mutante di HDAC4 che non poteva essere esportato dal nucleo della cellula. Questa trascrizione mutante è stata repressa indipendentemente dall’ attività neuronale.

Un’altra sorpresa è arrivata dopo che la squadra aveva già avviato gli esperimenti. Sottolineando i risultati del team, uno studio genetico umano è stato pubblicato sul collegamento mutazioni nell’uomo  HDAC4  con una rara forma di ritardo mentale.

“Una di queste mutazioni umane produce una proteina simile a un mutante che abbiamo introdotto nel cervello di topo”, ha detto Maximov. “Inoltre, i nostri studi hanno rivelato che questi topi non imparano e non  ricordano così come i  topi normali e la loro perdita di memoria è associata a deficit nella trasmissione sinaptica.”

Fonte: Cella , 2012; 151 (4): 821 DOI:10.1016/j.cell.2012.09. 037