Come cambia il nostro cervello? Scoperta la proteina che orchestra la comunicazione tra neuroni

Da diverso tempo il nostro gruppo di ricerca studia i meccanismi che riguardano le sinapsi: le unità operative del nostro cervello. L’attività sinaptica permette a miliardi di neuroni di comunicare tra loro senza sosta, trasformando, integrando e rielaborando stimoli e informazioni di ogni genere in pensieri, emozioni e azioni. In pratica, le sinapsi ci permettono di interagire al meglio con il mondo esterno.

Negli ultimi anni abbiamo focalizzato la nostra ricerca in particolare sullo sviluppo, la formazione e la composizione delle spine dendritiche. I dendriti sono ramificazioni del neurone che servono per portare al suo interno i segnali provenienti dall’esterno. Le spine dendritiche invece sono piccole protuberanze sui dendriti, specializzate nel captare questi segnali. 

Hanno un’architettura particolare: a forma di fungo quando sono completamente sviluppate e funzionali, filiforme se sono ancora immature e poco attive. La loro forma e funzione dipendono da una moltitudine di proteine finemente organizzate, ognuna con uno scopo ben preciso. Queste proteine lavorano sotto forma di complessi, cioè di raggruppamenti in grado di formarsi, modificarsi, attivarsi o disattivarsi in base agli stimoli che ricevono. 

La loro attività li rende essenziali per la comunicazione e la plasticità neuronale, cioè la capacità del cervello di adattarsi e cambiare nel tempo.

La mancanza o alterazione del funzionamento di anche una sola proteina in questi complessi molecolari provoca delle alterazioni nella sofisticata architettura che compone le spine dendritiche. L’ipotesi è che questo potrebbe essere correlato a diverse tipologie di disordini neurologici e psichiatrici. Perciò è importante comprendere a fondo la loro composizione, struttura e funzione. 

Ma come si può indagare il ruolo di una singola proteina in un sistema complesso come quello nervoso? Isolare il contributo di una sola componente è come cercare di capire l’importanza di una nota all’interno di una sinfonia.

Per rispondere a questa domanda abbiamo identificato la proteina SKT come una nuova componente delle sinapsi, ne abbiamo bloccato la produzione - spegnendo il gene che ne è responsabile - e osservato quali fossero le conseguenze. La mancanza di SKT nelle cellule nervose ha prodotto spine dendritiche filiformi, immature e disfunzionali, e reso la comunicazione neuronale inefficiente. Questo ha provocato problemi motori e cognitivi simili a quelli dei disturbi dello spettro autistico. 

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Coerentemente con questi risultati, la ricerca ha anche identificato altre due proteine, che interagiscono direttamente con SKT: PSD-95 e SHANK3. Si tratta di componenti fondamentali delle sinapsi, che agiscono come veri e propri organizzatori della comunicazione neuronale, regolando la plasticità sinaptica. Non a caso, il loro malfunzionamento è da tempo associato ai disturbi dello spettro autistico.

Abbiamo dimostrato per la prima volta che SKT agisce come un adattatore molecolare, mettendo cioè in comunicazione altre proteine facenti parte del terminale sinaptico affinché cooperino in maniera precisa e coordinata. In questo modo la sinapsi può maturare, modificarsi, adattarsi e far sì che il segnale nervoso venga elaborato correttamente.

Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale Cell Reports, fornisce alla comunità scientifica nuove basi per comprendere in maniera più approfondita il funzionamento sinaptico e di numerosi disturbi neurologici. 

Scoperte come questa possono tradursi in un aumento della conoscenza che, con il tempo, può generare applicazioni concrete e impattare positivamente sul benessere della società. Speriamo di poter mettere a punto nuovi strumenti diagnostici insieme a terapie efficaci e mirate per la cura dei disturbi cognitivi e del neurosviluppo, condizioni sempre più numerose e diagnosticate. Anche per questo è fondamentale continuare a sostenere la ricerca di base.