Lo studio fa luce su come il sonno e la veglia regolano le sinapsi inibitorie

Lo studio fa luce su come il sonno e la veglia regolano le sinapsi inibitorie

In un modello murino, i ricercatori hanno scoperto un nuovo ritmo quotidiano in un tipo di sinapsi che smorza l’attività cerebrale. Queste connessioni neurali, note come sinapsi inibitorie, vengono riequilibrate in modo da poter consolidare nuove informazioni in ricordi duraturi durante il sonno. I risultati, pubblicati su PLOS Biology, potrebbero aiutare a spiegare come sottili cambiamenti sinaptici migliorano la memoria negli esseri umani. Lo studio è stato condotto da ricercatori del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), parte del National Institutes of Health.

L’inibizione è importante per ogni aspetto della funzione cerebrale. Ma da oltre due decenni, la maggior parte degli studi sul sonno si concentrano sulla comprensione delle sinapsi eccitatorie. Questo è il primo studio che tenta di capire come il sonno e la veglia regolano le sinapsi inibitorie”.

Dr. Wei Lu, ricercatore principale del NINDS

Nello studio, il dottor Kunwei Wu, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio del dottor Lu, indaga cosa succede alle sinapsi inibitorie durante il sonno e la veglia nei topi. Le registrazioni elettriche dei neuroni nell’ippocampo – una regione del cervello importante per la formazione della memoria – hanno rivelato un modello di attività precedentemente inosservato. Durante la veglia, l’attività inibitoria “tonica” costante aumentava mentre l’inibizione “fasica” rapida diminuiva. Hanno anche scoperto un potenziamento attività-dipendente molto più forte delle risposte elettriche inibitorie nei neuroni dei topi svegli, suggerendo che la veglia, ma non il sonno, potrebbe rafforzare maggiormente queste sinapsi.

I neuroni inibitori utilizzano il neurotrasmettitore acido gamma-aminobutirrico (GABA) per ridurre l’attività nel sistema nervoso. Nelle sinapsi inibitorie, questi neuroni rilasciano molecole GABA nella fessura sinaptica, lo spazio tra i neuroni dove si diffondono i neurotrasmettitori. Le molecole si legano ai recettori GABA di tipo A (GABAA) sulla superficie dei neuroni eccitatori vicini, rendendoli meno propensi ad attivarsi.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che i cambiamenti sinaptici durante la veglia erano guidati da un numero maggiore di recettori α5-GABAA. Quando i recettori venivano bloccati nei topi svegli, il potenziamento attività-dipendente delle risposte elettriche fasiche diminuiva. Ciò suggerisce che l’accumulo di recettori GABAA durante la veglia può essere la chiave per costruire sinapsi inibitorie più forti ed efficienti, un processo fondamentale noto come plasticità sinaptica.

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"Mentre apprendi nuove informazioni durante il giorno, i neuroni vengono bombardati da segnali eccitatori dalla corteccia e da molte altre aree del cervello. Per convertire queste informazioni in un ricordo, devi prima regolarle e perfezionarle: è qui che entra in gioco l'inibizione", ha affermato il dottor Lu.

Precedenti studi hanno dimostrato che i cambiamenti sinaptici nell’ippocampo possono essere guidati da segnali provenienti da interneuroni inibitori, un tipo di cellula specializzata che costituisce solo circa il 10-20% dei neuroni nel cervello. Esistono oltre 20 diversi sottotipi di interneuroni nell’ippocampo, ma studi recenti hanno evidenziato due tipi, noti come parvalbumina e somatostatina, che sono coinvolti in modo critico nella regolazione delle sinapsi.

Per identificare quale interneurone fosse responsabile della plasticità osservata, il team del dottor Lu ha utilizzato l'optogenetica, una tecnica che utilizza la luce per accendere o spegnere le cellule, e ha scoperto che la veglia portava a più recettori α5-GABAA e a composti più forti di parvalbumina, ma non di somatostatina, negli interneuroni.

Gli esseri umani e i topi condividono circuiti neurali simili che sono alla base dell’immagazzinamento della memoria e di altri processi cognitivi essenziali. Questo meccanismo potrebbe essere un modo per gli input inibitori di controllare con precisione il flusso e riflusso di informazioni tra i neuroni e attraverso intere reti cerebrali.

"L'inibizione è in realtà piuttosto potente perché consente al cervello di funzionare in modo preciso, che essenzialmente è alla base di ogni percezione", ha affermato il dottor Lu.

Poiché l’inibizione è essenziale per quasi ogni aspetto della funzione cerebrale, questo studio potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere non solo i cicli sonno-veglia ma anche i disturbi neurologici che derivano da ritmi cerebrali anormali, come l’epilessia.

Per il futuro, il gruppo del dottor Lu esplorerà le basi molecolari del trasporto dei recettori GABAA alle sinapsi inibitorie.

Questo studio è stato sostenuto in parte dal programma di ricerca intramurale del NINDS.

Fonte:

Istituti Nazionali di Sanità

Riferimento:

Wu, K., et al. (2022) I cicli di sonno e veglia modulano dinamicamente la plasticità sinaptica inibitoria dell'ippocampo. Biologia PLOS. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

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