glia
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Ruolo della glia nel rilascio di neurotrofine e nutrienti
La sopravvivenza e la funzionalità dei neuroni dipendono dalle interazioni reciproche che si stabiliscono tra glia e neuroni, sia durante lo sviluppo del sistema nervoso sia nel cervello adulto. Le cellule della glia esprimono recettori e trasportatori per vari neurotrasmettitori, una caratteristica che consente di percepire l’attività neuronale e di rispondere a questa attraverso il rilascio di sostanze neuroattive. Allo stesso tempo, attraverso il rilascio di neurotrasmettitori, i neuroni controllano lo stato funzionale della glia e contribuiscono a prevenire una sua inappropriata attivazione. Il dialogo tra neuroni e glia è mediato anche dall’interazione diretta tra molecole esposte sulla loro superficie, rappresenta un modo efficace per orchestrare le attività delle due componenti cellulari e garantire l’integrità funzionale del sistema nervoso. Due importanti aspetti dello scambio tra neuroni e glia sono il rilascio di neurotrofine, da parte della macroglia e microglia, e di nutrienti come glucosio e acido lattico, da parte degli astrociti.
Neurotrofine e fattori di crescita
Le neurotrofine sono strutturalmente correlate e legano due classi di recettori: i Trk, della famiglia dei recettori tirosinchinasi, e i p75, della superfamiglia dei recettori del TNF (Tumor Necrosis Factor o fattore di necrosi tumorale). Attraverso l’interazione e l’attivazione di questi recettori, le neurotrofine regolano la crescita e la sopravvivenza di specifiche popolazioni di neuroni durante lo sviluppo e nel cervello adulto. Le neurotrofine sono inoltre in grado di influenzare importanti funzioni neuronali come eccitabilità e sinaptogenesi. La glia è un’abbondante fonte di neurotrofine sia in condizioni fisiologiche che in seguito a vari tipi di danno neuronale. In partic., NGF e BDNF sono prodotti da tutti tre i principali tipi di glia (astrociti, oligodendrociti e microglia) del sistema nervoso centrale e dalle cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico. L’espressione di questi fattori è aumentata in caso di danno neuronale, soprattutto in astrociti e cellule di Schwann, ed è stato suggerito che l’aumento dei livelli di neurotrofine promuove la rigenerazione delle fibre nervose. Anche NT-3 è ampiamente espressa dalle cellule gliali, mentre la sintesi di NT-4 sembra limitata ad astrociti e cellule di Schwann. Nella microglia, l’espressione di NT-3 è regolata dallo stato di attivazione e limitata a sottopopolazioni microgliali in determinate aree cerebrali, per es. la corteccia. Oltre che dagli oligodendrociti maturi, NT-3 è espressa dai loro precursori, sui quali agisce regolandone proliferazione e sopravvivenza, con un meccanismo autocrino. La glia produce anche altre sostanze, o fattori di crescita, in grado di promuovere la sopravvivenza dei neuroni, soprattutto in seguito alla loro attivazione in caso eventi patologici. Tra questi il TGF-B (Transforming Growth Factor B) e il GDNF (Glial cell line-Derived Neurotrophic Factor). L’espressione di questi fattori aumenta durante la fase di degenerazione neuronale in seguito a una lesione, per ritornare a livelli di normalità dopo la rigenerazione dell’assone. Altri fattori importanti sono CNTF (Ciliary NeuroTrophic Factor) e IGF-1 (Insulin-like Growth Factor-1). Queste proteine potrebbero mediare l’azione neuroprotettiva degli oligodendrociti e di altri tipi gliali, nei confronti di neuroni corticali e cerebellari.
Astrociti come fonti di energia per i neuroni
Gli astrociti occupano una posizione strategica nel parenchima cerebrale, essendo in contatto con diversi componenti cellulari quali neuroni, altri elementi gliali e vasi cerebrali. Già Camillo Golgi, a causa della particolare morfologia e dell’articolata organizzazione, ipotizzava che gli astrociti potessero svolgere un ruolo trofico. I neuroni sono i maggiori consumatori di energia, utilizzata soprattutto per la trasmissione del segnale da un neurone all’altro. In partic., è stato dimostrato che oltre l’80% del consumo di energia nel cervello è utilizzato per sostenere la trasmissione eccitatoria glutammatergica. La fonte principale di energia nel cervello adulto è il glucosio, che attraversa le cellule endoteliali dei vasi capillari per mezzo di una proteina specializzata, il trasportatore per il glucosio (GLUT1), presente anche sulle estremità o end feet degli astrociti che circondano i vasi capillari, rendendo più facile l’assorbimento del glucosio. Entrato negli astrociti, il glucosio può essere immagazzinato sotto forma di glicogeno o utilizzato per fornire energia alla cellula (glicolisi). I neuroni, che possono assorbire il glucosio attraverso un altro tipo di trasportatore (GLUT3), non sono in grado di formare depositi di glicogeno. La presenza sulla membrana degli astrociti di numerosi recettori per neurotrasmettitori e la permeabilità di queste cellule allo ione potassio (K+), consentono agli astrociti di rispondere alle richieste energetiche dei neuroni in maniera adeguata all’intensità dell’attività di trasmissione. Gli astrociti possono far fronte al consumo di energia da parte dei neuroni mobilizzando il glucosio dai depositi di glicogeno e convertendo il glucosio in acido lattico, che viene rilasciato nello spazio extracellulare e reso disponibile ai neuroni come importante substrato energetico. L’energia prodotta durante la glicolisi (in forma di ATP) viene utilizzata dagli astrociti per rimuovere dallo spazio extracellulare sia gli ioni K+ sia il neurotrasmettitore glutammato, attività fondamentali per il mantenimento della funzionalità neuronale. Il glutammato viene poi convertito in glutammina, che fornita ai neuroni viene da questi trasformata di nuovo in glutammato. Il processo, definito ciclo del glutammato-glutammina, consente ai neuroni glutammatergici di ricostituire il pool del neurotrasmettitore e garantire il mantenimento della trasmissione eccitatoria.