Meccanismi Molecolari di Plasticità Sinaptica


Ippocampo (Marie) (sml)
I neuroni dell’ippocampo possono essere dissociati e messi in cultura. In queste condizioni possono poi essere geneticamente modificati per esprimere determinate proteine fluorescenti di interesse.

Fettina Ippocampo (Marie) (sml)
La preparazione di fettina di ippocampo in acuto. L’ippocampo, la regione dove risiede la memoria, può essere studiato tramite tecniche di elettrofisiologia in vitro. Le aree principali che lo compongono sono: CA1, CA3 e giro dentato (DG).

Ippocampo infettato da Virus (Marie) (sml)
L’ippocampo può essere infettato con virus che esprimono specifiche proteine fluorsescenti, mentre ancora risiede nell’animale vivo. Successivamente, la fluorescenza viene visualizzata nelle fettine di ippocampo, come in figura (giro dentato).

Ogni giorno fatti ed episodi vengono memorizzati nel nostro cervello, e nello stesso tempo memorie già formate vengono rievocate. Questa complessa operazione è fondamentale per la nostra sopravvivenza, ma può essere alterata da una grande quantità di patologie, come ad esempio la sindrome di Down o l´Alzheimer, o semplicemente dal normale invecchiamento. È quindi importante capire i meccanismi che regolano la modificazione dei circuiti neuronali durante i processi di apprendimento e di richiamo delle informazioni apprese. Le unità che costituiscono questi circuiti, i neuroni, comunicano infatti tra di loro attraverso sottounità specializzate, chiamate sinapsi, le cui proprietà vengono modificate dall´esperienza. Questo conferisce ai neuroni plasticità durante le fasi di apprendimento (ad esempio potenziamento o depressione della risposta ad uno stesso stimolo, definiti "Long Term Potentiation" e "Long Term Depression"). L´obiettivo del nostro laboratorio è la comprensione dei processi molecolari che regolano tale plasticità sinaptica.
Uno di questo meccanismi, di centrale importanza, è il processo di trascrizione regolato dal fattore di trascrizione CREB, attivato sia durante fenomeni di plasticità sinpatica che durante i processi di apprendimento. Tuttavia si sa poco su come l´attivazione del CREB modifichi l´attività neuronale. Per incrementare le conoscenze in questo campo, il nostro laboratorio ha ottimizzato una nuova tecnica che permette l´espressione di proteine ricombinanti, all´interno del cervello in vivo. Utilizzando il trasferimento di geni mediante virus, possiamo stimolare la formazione, nei ratti, delle proteine coinvolte nel processo di trascrizione CREB-dipendente. Successivamente, i fenotipi dei questi neuroni infetti vengono da noi studiati tramite registrazione di segnali elettrici, con tecniche di elettrofisiologia quali il patch-clamp in-vitro in fettina. Abbiamo recentemente dimostrato che l´attivazione del CREB porta alla formazione di nuove sinapsi, contenenti solamente recettori NMDA, e per questo chiamate sinapsi silenti. Un´ipotesi è che queste nuove sinapsi silenti siano importanti per la formazione e l´utilizzo di nuove memorie.
Utilizzando una varietà di tecniche, che comprendono biologia molecolare e cellulare, iniezione di geni in vivo mediante virus, ed elettrofisiologia, continueremo a studiare il ruolo della trascrizione mediata dal CREB, così come la funzione di altre proteine coinvolte nel processo della plasticità sinaptica e nella memoria, sia in condizioni normali che patologiche. L´obiettivo finale è quello di comprendere i meccanismi molecolari che regolano l´apprendimento e la memoria, per poi gettare luce sui difetti molecolari responsabili di patologie umane.



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