Spesso pensiamo che il cervello sia come un muscolo – diciamo cose come “usalo o perdilo!” e parliamo di esercitare o “allenare” il nostro cervello. In realtà, il tessuto cerebrale vero e proprio non assomiglia affatto a un muscolo. Per prima cosa, è probabilmente molto più umido. Tuttavia, nuove scoperte intriganti suggeriscono che, in fondo, il modo in cui funziona ha molto più in comune con un muscolo di quanto avessimo precedentemente realizzato. Un nuovo studio condotto dal Lippincott-Schwartz Lab presso il Janelia Research Campus dell’Howard Hughes Medical Institute ha scoperto che alcuni dei segnali cerebrali importanti che sono alla base dell’apprendimento e della memoria si basano su un meccanismo simile ai segnali che dicono ai nostri muscoli di contrarsi.
La scienziata Lorena Benedetti stava studiando molecole associate al reticolo endoplasmatico (ER), una grande struttura all’interno delle cellule umane con ruoli vitali nella sintesi proteica – è stato descritto come un “organello di controllo qualità per l’omeostasi proteica.” Benedetti ha notato il peculiare schema che queste molecole formavano, come una scala ripetitiva lungo tutta la lunghezza dei dendriti – le estensioni simili a rami di albero che si proiettano dalle cellule nervose. Nel frattempo, il collega Stephan Saalfeld aveva individuato disposizioni simili in immagini al microscopio ad alta risoluzione del ER all’interno dei cervelli delle mosche. L’estraneità degli schemi ha catturato l’attenzione della leader del gruppo senior Jennifer Lippincott-Schwartz. “In scienza, la struttura è funzione,” ha detto in una dichiarazione. “Questa è una struttura insolita e bella che stiamo vedendo lungo tutto il dendrite, quindi avevamo la sensazione che dovesse avere qualche funzione importante.”
L’unico altro posto nel corpo dove tali schemi erano stati osservati prima era all’interno dei muscoli, quindi è lì che il team ha concentrato la loro indagine. Nelle cellule muscolari, il ER forma punti di contatto regolari con la membrana cellulare grazie all’azione di un insieme di proteine chiamate junctophilins. È in questi punti di contatto che il calcio può essere rilasciato per guidare la contrazione muscolare. Con alcune indagini, aiutate da tecniche di imaging ad alta risoluzione, il team ha scoperto che le junctophilins erano presenti anche nei dendriti e facilitavano anche punti di contatto regolari tra il ER e la membrana esterna. Sospettavano che questi punti potessero aiutare a propagare informazioni a volte per centinaia di micrometri lungo il dendrite fino al corpo cellulare.
“Non si sapeva come quell’informazione viaggiasse su lunghe distanze e come il segnale di calcio venisse specificamente amplificato,” ha detto Benedetti. “Pensavamo che il ER potesse svolgere quel ruolo, e che questi siti di contatto distribuiti regolarmente fossero amplificatori localizzati spazialmente e temporalmente: possono ricevere questo segnale di calcio, amplificare localmente questo segnale di calcio e trasmettere questo segnale di calcio su una distanza.” I segnali nervosi innescano il rilascio di calcio dal ER, che a sua volta attrae e attiva una proteina chiamata CaMKIII, nota per svolgere un ruolo nella memoria. CaMKIII interagisce con la membrana, alterando la forza del segnale che la attraversa. Da punto di contatto a punto di contatto, lungo tutta la membrana, il processo continua, proprio come gli amplificatori sui lunghi cavi telefonici sottomarini.
“Questo è un grande esempio di come, facendo scienza, se vedi una bella struttura, può portarti in un mondo completamente nuovo,” ha detto Lippincott-Schwartz. Questa nuova e migliorata comprensione delle comunicazioni cerebrali coinvolte nell’apprendimento e nella memoria potrebbe aiutare nella ricerca su condizioni come la demenza, oltre ad aumentare la nostra apprezzamento di come funziona il cervello a un livello fondamentale. Ci ricorda anche che a volte c’è un po’ di verità nei nostri vecchi detti, come ha sottolineato Lippincott-Schwartz: “Einstein ha detto che quando usa il suo cervello, è come se stesse usando un muscolo, e sotto questo aspetto, c’è una certa somiglianza qui.” Lo studio è pubblicato sulla rivista Cell.