Lo studio di neuroscienza rivela che potrebbe esserci un interruttore per i sequestri cerebrali

Il cervello è uno strumento di precisione. La sua funzione dipende dall'attività elettrica finemente calibrata che attiva il rilascio di messaggi chimici tra i neuroni.

Ma a volte l'attento equilibrio del cervello viene messo fuori controllo, come nell'epilessia. L'elettroencefalogramma, o EEG, visualizza l'attività elettrica del cervello e può rivelare come una crisi epilettica diverge dal prevedibile andamento ondulatorio dell'attività cerebrale tipica.

Ma alla medicina manca ancora una soluzione per l'epilessia. C'è una possibilità limitata di prevedere un attacco e non c'è modo di intervenire anche quando è possibile prevedere. Sebbene i farmaci siano disponibili per le persone affette da epilessia, sono pieni di effetti collaterali e non funzionano per tutti.

Lavorando su un problema nel mio laboratorio di neuroscienza, quando mi fermo a immaginare quanto spaventoso possa essere vivere con un cervello fuori controllo in questo modo, mi motiva davvero. Potrebbe esserci un modo per riprendere il controllo posteriore di questi neuroni diventati canaglia? Mi sono concentrato su come un compartimento specifico all'interno di ogni cellula cerebrale potrebbe essere in grado di aiutarci a fare proprio questo.

Un interruttore di override per l'attività cerebrale

Sin da quando ero uno studente universitario, sono stato affascinato da una parte del neurone chiamata segmento iniziale degli assoni. Ogni neurone contiene questo piccolo compartimento. È dove un neurone "decide" di sparare un segnale elettrico, inviando un messaggio chimico alla cella successiva.

Ci sono connessioni specializzate qui che possono esercitare un controllo potente; possono ignorare la "decisione" della cellula circa l'attivazione. Questo meccanismo di controllo esiste per organizzare o modellare l'attività cerebrale - un requisito per gran parte del nostro comportamento.

Ad esempio, per addormentarsi, l'attività cerebrale ha bisogno di rallentare in una lenta oscillazione. Al contrario, una forte concentrazione su un problema richiede che il pattern riprenda, producendo una rapida oscillazione. L'incapacità di produrre e regolare questi modelli di attività cerebrale è stata correlata a numerosi disturbi del cervello.

Quando i segmenti iniziali degli assoni di numerosi neuroni ricevono tutti un segnale di silenziamento allo stesso tempo, si traduce in un trogolo nel modello ondulatorio dell'EEG. Ciò significa che calmare l'attività del cervello, qualcosa che in condizioni normali sarebbe utile quando ci si sposta tra stati di riposo e sonno rilassati.

Se i ricercatori potessero sfruttare il potere di queste connessioni inibitorie, potremmo potenzialmente ripristinare il pattern di attività del cervello ogni volta che vogliamo. Potrebbe essere un modo per riprendere il controllo in un cervello epilettico.

Molecole che mediano il messaggio

Per iniziare a capire come regolare questo potere del segmento iniziale degli assoni, i miei colleghi e io avevamo prima bisogno di capire le partnership molecolari a queste connessioni. Affinché l'inibizione sia efficace nel segmento iniziale degli assoni, deve essere disponibile l'attrezzatura giusta per ricevere il segnale. Nel caso di inibizione nel cervello, questa apparecchiatura è il recettore GABA A.

Con i collaboratori Hans Maric e Hermann Schindelin, abbiamo identificato una stretta ed esclusiva collaborazione tra due proteine: la subunità α2 del recettore GABA A e la collybistina. Capire la stretta relazione tra queste due molecole risponde ad alcune domande aperte su come le proteine ​​nei siti di contatto inibitori potrebbero interagire. Sapevamo che la subunità α2 del recettore GABA A si trova nel segmento iniziale degli assoni, ma i ricercatori non hanno capito come ci arrivano o vengono tenuti lì. Collybistin potrebbe essere la chiave.

Quindi ora pensavamo che queste due proteine ​​potessero lavorare insieme nel segmento iniziale degli assoni. Per andare oltre, il mio mentore post-dottorato Stephen Moss e io volevamo capire quali implicazioni questo avrebbe potuto avere per le connessioni nel segmento iniziale degli assoni, e infine come funziona il cervello. Per cercare di capirlo, abbiamo creato una mutazione genetica che ha portato le due proteine ​​a non essere in grado di connettersi.

Neuroni di topi con questa mutazione, infatti, hanno perso connessioni inibitori sul segmento iniziale degli assoni. Le connessioni inibitorie su altre parti delle cellule cerebrali sono rimaste intatte, confermando ancora una volta l'idea che questa associazione proteica sia esclusiva e specificamente importante nel segmento iniziale degli assoni.

I topi con questa mutazione sperimentano convulsioni durante lo sviluppo. Quando diventano adulti, questi topi non mostrano più segni comportamentali di sequestro. In alcune forme di epilessia pediatrica, i bambini possono anche "superare" i loro attacchi. Quindi questa mutazione è estremamente preziosa nel fornire un possibile modello per l'epilessia pediatrica umana. Speriamo che possa aiutarci a capire più chiaramente cosa succede nel cervello durante l'epilessia, e anche a progettare e testare terapie migliori, come il composto selettivo sviluppato da AstraZeneca i cui scienziati hanno anche contribuito a questo progetto.

Un passo quantitativo ma precoce

I neuroscienziati hanno a lungo ipotizzato la collaborazione tra il recettore GABA A e il collybistin. Ora i nostri risultati, recentemente pubblicati in Comunicazioni della natura, definirlo quantitativamente.

Mentre conosciamo i recettori GABA A - che rispondono al neurotrasmettitore GABA - controllano i segnali inibitori, stiamo ancora cercando di capire come funziona. La segnalazione GABA è diversa, con vari tipi di connessione che esercitano un controllo distinto sull'attivazione della cellula - qualcos'altro che dobbiamo lavorare per capire. E la disfunzione nella segnalazione GABA è coinvolta anche in una serie di altri disturbi del cervello, oltre all'epilessia.

L'obiettivo finale di questa ricerca è di progettare trattamenti che potrebbero essere in grado di controllare le connessioni inibitorie nel segmento iniziale degli assoni. Vorremmo essere a capo di quell'interruttore, in grado di spegnere l'accensione neurale fuori controllo durante un attacco epilettico.

Sto immaginando la vita con l'epilessia, e sto anche immaginando la vita senza di essa.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Rochelle Hines. Leggi l'articolo originale qui.