Meccanismi molecolari della maturazione funzionale del terminale presinaptico
Piergiorgio Prof. Montarolo
Meccanismi molecolari della maturazione funzionale del terminale presinaptico
Molteplici fattori sono coinvolti nella formazioni delle connessioni sinaptiche durante lo sviluppo e la rigenerazione. Tra di essi, la presenza di una cellula bersaglio riveste un ruolo importante nel controllo della formazione e della maturazione di strutture specializzate per la trasmissione sinaptica sia nella cellula presinaptica che in quella postsinaptica, quali le zone attive, la densità postsinaptica e il raggruppamento dei recettori. In particolare, oltre a molecole diffusibili rilasciate dal bersaglio con azione retrograda sul terminale presinaptico, anche specifiche molecole di adesione sulla superficie dei terminali sembrano svolgere un ruolo importante nella formazione dei circuiti neuronali.
Per identificare molecole del bersaglio coinvolte nella maturazione dei terminali presinaptici e chiarire i loro meccanismi di azione, si sono utilizzati come modello sperimentale neuroni identificati della lumaca terrestre Helix pomatia in coltura. Il neurone serotoninergico C1 del ganglio cerebrale è stato coltivato isolato, oppure in contatto con il bersaglio appropriato B2 oppure con il falso bersaglio C3.
Il contatto con il bersaglio appropriato induce significative modificazioni morfologiche e strutturali nel neurone presinaptico C1 rispetto alla condizione di crescita isolato, quali la clusterizzazione delle proteine sinaptiche sinapsina e sinaptotagmina nei terminali, la redistribuzione delle vescicole del neurotrasmettitore e un aumento dell’entrata di calcio nel terminale in seguito a stimolazione elettrica. Al contrario, in presenza del falso bersaglio C3 si ha una riduzione del numero di varicosità, un’alterazione nella distribuzione di proteine sinaptiche e un blocco del rilascio evocato di trasmettitore, suggerendo un’azione inibitoria sulla maturazione dei terminali presinaptici. L’effetto inibitorio del falso bersaglio non è tuttavia irreversibile: infatti, in tali condizioni, il contatto con il bersaglio appropriato per alcuni minuti è in grado di evocare un aumento del rilascio di trasmettitore attraverso meccanismi che coinvolgono molecole di adesione simili alle molecole di adesione di Aplysia ApCAM e a F3 del topo. Risultati preliminari evidenziano un ruolo importante per la proteina chinasi A e la MAP chinasi in tale processo, mentre sia l’effetto inibitorio del falso bersaglio sia quello inducente il rilascio del trasmettitore esercitato dal giusto bersaglio risultano essere dipendenti dalla presenza della sintesi proteica.
Tali risultati suggeriscono che la maturazione del terminale presinaptico è condizionata dal contatto con il bersaglio e che il terminale è in grado di modulare la propria funzionalità in tempi brevi.
Attualmente è in corso la clonazione della sinapsina di Helix e la genesi di anticorpi contro alcuni domini fosforilabili della molecola, al fine di chiarire il ruolo di particolari chinasi nella modulazione del rilascio del trasmettitore e nella crescita neuronale.
Per identificare molecole del bersaglio coinvolte nella maturazione dei terminali presinaptici e chiarire i loro meccanismi di azione, si sono utilizzati come modello sperimentale neuroni identificati della lumaca terrestre Helix pomatia in coltura. Il neurone serotoninergico C1 del ganglio cerebrale è stato coltivato isolato, oppure in contatto con il bersaglio appropriato B2 oppure con il falso bersaglio C3.
Il contatto con il bersaglio appropriato induce significative modificazioni morfologiche e strutturali nel neurone presinaptico C1 rispetto alla condizione di crescita isolato, quali la clusterizzazione delle proteine sinaptiche sinapsina e sinaptotagmina nei terminali, la redistribuzione delle vescicole del neurotrasmettitore e un aumento dell’entrata di calcio nel terminale in seguito a stimolazione elettrica. Al contrario, in presenza del falso bersaglio C3 si ha una riduzione del numero di varicosità, un’alterazione nella distribuzione di proteine sinaptiche e un blocco del rilascio evocato di trasmettitore, suggerendo un’azione inibitoria sulla maturazione dei terminali presinaptici. L’effetto inibitorio del falso bersaglio non è tuttavia irreversibile: infatti, in tali condizioni, il contatto con il bersaglio appropriato per alcuni minuti è in grado di evocare un aumento del rilascio di trasmettitore attraverso meccanismi che coinvolgono molecole di adesione simili alle molecole di adesione di Aplysia ApCAM e a F3 del topo. Risultati preliminari evidenziano un ruolo importante per la proteina chinasi A e la MAP chinasi in tale processo, mentre sia l’effetto inibitorio del falso bersaglio sia quello inducente il rilascio del trasmettitore esercitato dal giusto bersaglio risultano essere dipendenti dalla presenza della sintesi proteica.
Tali risultati suggeriscono che la maturazione del terminale presinaptico è condizionata dal contatto con il bersaglio e che il terminale è in grado di modulare la propria funzionalità in tempi brevi.
Attualmente è in corso la clonazione della sinapsina di Helix e la genesi di anticorpi contro alcuni domini fosforilabili della molecola, al fine di chiarire il ruolo di particolari chinasi nella modulazione del rilascio del trasmettitore e nella crescita neuronale.
Gruppo di ricerca
- Prof. Piergiorgio Montarolo
- Dott. Mirella Ghirardi
- Dott.Chiara Milanese
- Dott. Ferdinando Fiumara
Sede dei Laboratori
Dipartimento di Neuroscienze, Università di Torino