Fondazione per la Ricerca Biomedica ONLUS
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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.
Il gruppo di ricerca è formato da:
Pubblicazioni principali.
Ghirardi M., Naretto G., Fiumara F., Vitiello F., Montarolo PG. Target-dependent
modulation of neurotransmitter release in cultured Helix neurons involves adhesion
molecules. J Neurosci Res 65: 111-20, 2001
Fiumara F., Onofri F., Benfenati F., Montarolo PG., Ghirardi M. Intracellular
injection of synapsin I induces neurotransmitter release in C1 neurons of Helix
pomatia contacting a wrong target. Neuroscience 104: 271-80, 2001
Ghirardi M., Casadio A., Naretto G., Levi R., Montarolo PG. Influence of the
target on distribution and functioning of the varicosities of Helix pomatia metacerebral
cell C1 in dissociated cell culture. Neuroscience 96: 843-53 2000
Ghirardi M., Casadio A., Santarelli L., Montarolo PG. (1996) Aplysia hemolymph promotes
neurite outgrowth and synaptogenesis of identified Helix neurons in cell culture.
Invert Neurosci 2: 41-9.
Cibelli G., Ghirardi M., Onofri F., Casadio A., Benfenati F., Montarolo PG, Vitiello
F. () Synapsin-like molecules in Aplysia punctata and Helix pomatia: identification
and distribution in the nervous system and during the formation of synaptic contacts
in vitro. Eur J Neurosci. 8: 2530-43, 1996
Ghirardi M., Benfenati F., Giovedi S., Fiumara F., Milanese C., Montarolo PG. Inhibition
of neurotransmitter release by a nonphysiological target requires protein synthesis and involves cAMP-dependendent
mitogen-activated protein kinases. J Neurosci. 24:5054-62, 2004
Casadio A, Fiumara F, Sonetti D, Montarolo PG, Ghirardi M. Distribution of sensorin immunoreactivity in the central nervous system of Helix pomatia: functional aspects. J Neurosci Res. 2004 75:32-43.