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SCOPERTE/ Pole position per i nanomotori del sistema nervoso

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Esportazione di componenti mitocondriali da oligodendrociti alla guaina mielinica  Esportazione di componenti mitocondriali da oligodendrociti alla guaina mielinica

In un organismo vivente, tra cellula e cellula, sono attivi moltissimi segnali, trasmessi attraverso una miriade di molecole, quali gli ormoni e i neurotrasmettitori. È il Sistema Nervoso Centrale (SNC), genericamente denominato cervello, la “centrale operativa” che invia e smista la maggior parte dei segnali diretti ad altri organi, supportando nobili funzioni quali apprendimento e memoria; ma per questo necessita di molta energia. Si tratta di capire come e dove viene generata tale energia. Presso il Laboratorio di Biochimica del Dipartimento di Biologia dell’Università di Genova una accurata indagine sperimentale ha prodotto importanti risultati in proposito, subito proiettati sulla ribalta internazionale. Ne parliamo con Alessandro Morelli che, assieme a Isabella Panfoli, ha condotto le ricerche.

Le vostre ricerche hanno affrontato la questione della produzione dell’energia che alimenta il sistema nervoso umano: come si poneva il problema?
Gli attuali canoni dalla neurobiologia non ci convincevano e siamo rimasti stupiti dal fatto che sono sufficienti pochi calcoli sull'energia elaborata dal cervello per riscontrare che molti concetti correnti sono poco plausibili. Ufficialmente solo i mitocondri elaborerebbero energia cellulare, ovvero sarebbero loro a fabbricare l'ATP per tutte le cellule, in tutti i tessuti, ma è stato dimostrato che il cervello, nonostante abbia un metabolismo respiratorio molto efficiente, ha una densità mitocondriale inferiore rispetto agli altri organi. Per questo motivo abbiamo pensato che altre strutture fossero coinvolte nel rifornimento di energia. Inoltre ci siamo resi conto che i mitocondri incontrano serissime difficoltà a produrre ATP e quindi anche questo ruolo generale che è universalmente attribuito ai mitocondri, è da noi messo seriamente in discussione. Ma questo è un altro discorso…

In che senso l’ATP è sintetizzato da una nanomacchina?
L’argomento è di estremo interesse. Esiste in tutte le cellule un aggregato di macromolecole proteiche che catalizza una reazione sfavorita energeticamente ricorrendo alla meccanica a livello di dimensioni nano. Questa nanomacchina ha le dimensioni intorno a 1/100 di micrometro ed è affascinante riscontrare che è mossa da forze intramembrana e ricorre alla forze meccaniche (che ancora oggi non sono note nei dettagli) che determinano una costrizione sulle molecole che devono reagire (ADP con P) per formare l’ATP. Tale sintesi può a ragion veduta essere considerata il processo chimico che sta alla base della vita. Infatti tutti gli altri processi biologici di norma consumano ATP, e senza ATP non esiste la vita.

Nel vostro studio vi siete indirizzati sulla guaina mielinica: perché?
Perché costituisce uno dei più grandi misteri della neurobiologia. Si pensi che costituisce almeno il 40% del nostro cervello ma le sue funzioni sono, a parere mio, tutte da scoprire. Ad essa viene oggi attribuito il ruolo di “isolante” per favorire la velocità della conduzione nervosa dei neuroni. Questa è una idea nata negli anni 30 e confermata nel 1949 ma con prove assolutamente rudimentali, utilizzando le tecniche allora disponibili. Oggi invece abbiamo a disposizione tecnologie spettacolari che ci consentirebbero di avviare uno studio di base per mettere in discussione, se necessario, questo paradigma ormai datato. Nel nostro laboratorio abbiamo dimostrato che la guaina mielinica respira e produce ATP a livelli sostenuti. Questa scoperta ci ha indotto a formulare l’ipotesi che l’ATP prodotto sia di supporto al nervo per sostenerne la conduzione nervosa che, come si sa, comporta il dispendio notevole di energia chimica, ovvero di ATP. Ci siamo indirizzati allo studio della mielina anche perché è il componente neuronale che è più collegato alle capacità cognitive. Alla nascita l’uomo non ha praticamente mielina e la mielinizzazione procede costantemente sino all’età di 20-22 anni per poi declinare molto lentamente. Non esiste nessuna altra struttura neuronale che sia così collegata inscindibilmente e quantitativamente alle capacità cognitive. Eppure la neurobiologia sino ad oggi ha sottovalutato questa interdipendenza.

Che tipo di esperimenti avete condotto e che cosa avete scoperto?



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