Mitocondri: nuovi protagonisti della plasticità sinaptica

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mitocondri

Uno studio pubblicato su Nature Communications ha dimostrato per la prima volta l’importanza che i flash mitocondriali, processi biomolecolari recentemente descritti in letteratura, rivestono nel favorire uno dei più importanti meccanismi alla base della plasticità sinaptica: la Long Term Potentiation (LTP).

Long Term Potentiation

È ormai noto che l’apprendimento e la memoria trovano nella plasticità sinaptica il correlato neurobiologico capace di rendere più efficiente la comunicazione dei neuroni coinvolti nell’elaborazione delle informazioni che ci sono più utili. Tra i meccanismi che permettono ai neuroni di modificare le proprie caratteristiche anatomo-funzionali ritroviamo la Long Term Potentiation.

Si tratta di una serie di modificazioni innescate da uno stimolo intenso e ripetuto, che portano sul fronte post-sinaptico ad un incremento del numero di recettori e di dentriti, così da facilitare la propagazione del segnale quando questa via verrà riattivata.

Il ruolo dei mitocondri

Così come altri processi cellulari, anche la plasticità sinaptica è un processo che consuma energia, la quale viene fornita dai mitocondri, rendendo ragione dell’abbondanza di questi ultimi nelle terminazioni sinaptiche.

Ma, a differenza di quanto noto fino ad ora, il mitocondrio non si limita solamente a fornire l’energia necessaria a questi processi. Nello studio i ricercatori dimostrano come il mitocondrio intervenga in attività anche ben più complesse, rivestendo un ruolo attivo nel signaling intracellulare.

Ed è qui che entrano in gioco i flash mitocondriali, o mitoflash.

Mitoflash

Inizialmente identificati da un team dell’Università di Pechino guidato dal Dr. Cheng, i mitoflash sono transitori e intermittenti burst di produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) che si differenziano dalla liberazione basale dei ROS che si ha normalmente durante la fosforilazione ossidativa.

Una serie di studi successivi ha poi suggerito che questi mitoflash potrebbero rappresentare una nuova forma di signaling intracellulare, intervenendo in processi vitali quali il metabolismo, la differenziazione e l’invecchiamento cellulare e, a livello neuronale, la plasticità sinaptica.

Ciò sarebbe tra l’altro in accordo con l’evidenza ormai accumulata nell’ambito delle patologie mitocondriali, patologie multisistemiche caratterizzate a livello cerebrale da un difetto della plasticità sinaptica.

Lo studio

Nello studio nato dalla collaborazione tra il team della Università della Scienza e della Tecnologia della Cina guidato dal Dr. BI Guoqiang e il team del Dr. Cheng Heping, dell’Università di Pechino, i ricercatori hanno fatto due scoperte significative.

In primo luogo hanno visto che, entro un massimo di 30 minuti dalla stimolazione sinaptica, si ha un aumento della frequenza dei mitoflash nei mitocondri dei dendriti adiacenti all’assone. Inoltre ciò avviene solo per gli stimoli meritevoli di LTP e non per quelli che determinano modifiche meno durature, dimostrando che il mitocondrio funge da biosensore capace di discriminare le informazioni provenienti dalla sinapsi.

In secondo luogo hanno osservato che, andando a manipolare la frequenza dei mitoflash o modificando la concentrazione dei ROS, si può influenzare la LTP. Nello specifico, se tramite foto-stimolazione si aumenta la frequenza dei mitoflash, si attiva la LTP anche per stimoli che avrebbero causato modifiche sinaptiche brevi. Ciò è però possibile solo nei primi 30 minuti dopo la somministrazione dello stimolo. Si ottiene invece l’effetto contrario se, grazie a sistemi di scavaging dei ROS, si inibiscono i mitoflash, risultando in un’inibizione anche della LTP.

Ciò dimostra che i mitocondri oltre ad essere dei sensibili biosensori sono anche coinvolti attivamente nel signaling responsabile dei meccanismi che sostengono la plasticità sinaptica.

Conclusioni

In conclusione, sebbene l’elevazione della concentrazione dei ROS protratta nel tempo sia dannosa per le cellule e alla base di varie patologie, un incremento temporalmente limitato, spazialmente confinato ed evento correlato quale sono i mitoflash, si sta progressivamente affermando come un fine regolatore dei pathway intracellulari.

Se ne deduce dunque la possibile traslazione in ambito patologico, sul quale si potrebbero concentrare future ricerche.

FONTI | Studio Nature Communications