Il linguaggio dei neuroni: chimica e parole della comunicazione sinaptica
di Giuseppe Trombetta
Il Sistema Nervoso Centrale (SNC) dell’uomo è una complessa struttura funzionale costituita da miliardi di unità altamente specializzate, i neuroni, attraverso cui passano tutte le informazioni che consentono alla nostra mente di avere consapevolezza della rappresentazione, reale o fantastica, del mondo. La visione spaziale, un’immagine onirica od una percezione allucinatoria, benchè siano eventi profondamente differenti tra loro sotto il profilo neurofisiologico, risultano tuttavia accomunati dai meccanismi neurochimici che consentono ai neuroni di comunicare tra loro e che possono risultare talvolta alterati, come nel caso delle malattie mentali oppure come conseguenza dell’azione di particolari sostanze. Questi meccanismi hanno seguito il corso dell’evoluzione, adattandosi al sempre maggiore livello di complessità degli organismi viventi e passando così dal salto chimico eccitatorio od inibitorio alla propagazione, anche su grandi distanze, dell’impulso bioelettrico lungo l’assone cellulare. Il salto chimico avviene attraverso giuzioni cellulari altamente specializzate chiamate sinapsi che, all’osservazione in microscopia elettronica, si presentano come strutture rotondeggianti, simili a bottoni, separate tra loro da uno spazio intercellulare di 200-300 Angstroms e contenenti le vescicole sinaptiche in cui vengono immagazzinati i mediatori chimici dell’impulso nervoso. L’arrivo di un impulso a livello della terminazione principale di un neurone, l’assone, causa la liberazione dei neurotrasmettitori che raggiungono lo spazio intersinaptico e si legano a specifici recettori, cioè particolari proteine la cui "forma" si presta ad accogliere il mediatore, posti sulla membrana post-sinaptica. Si tratta di un meccanismo simile a quello di una chiave che gira in una serratura, anche se in questo caso esistono numerosi altri fattori che intervengono perchè la "porta", cioè la generazione di un potenziale sinaptico, possa aprirsi. La biologia molecolare ci consente oggi di avere molte informazioni circa la natura dei diversi trasmettitori e delle strutture cellulari implicate nella neurotrasmissione. E’ noto ad esempio come i recettori siano in effetti entità plurimolecolari, costituite da un sito di ricognizione per il legame, da un sistema di trasduzione (le così dette proteine G), da un sito catalitico per l’enzima che fornisce energia al sistema (adenilato o guanilato-ciclasi) e dai siti di modulazione allosterica (positiva o negativa) che, semplificando, consentono di adattare la risposta recettoriale alle diverse esigenze della neurotrasmissione. In seguito alla stimolazione recettoriale si possono verificare diverse forme di trasduzione dell’impulso nervoso. Nei recettori detti ionotropi, collegati a "canali" proteici che si inoltrano nella membrana post-sinaptica, l’impulso nervoso causa un flusso di ioni Ca++ (regolati da una proteina chiamata calmodulina) attraverso la membrana post-sinaptica cui consegue l’attivazione di particolari enzimi che generano specifici messaggi chimici per il neurone post-sinaptico. Nei recettori associati ad enzimi, detti metabolotropici, l’arrivo di un segnale determina invece l’attivazione dei siti catalitici localizzati nella membrana cellulare, le adenilato - e guanilato- ciclasi ed altre strutture enzimatiche chiamate fosfolipasi, con conseguente aumento della sintesi di secondi messaggeri (c-AMP, c-GMP, diacilglicerolo (DAG), inositolo trifosfato (IP3) ecc.), cioè particolari molecole in grado di influenzare l’attività di tutta la cellula nervosa. La risposta del neurone, in termini di potenziale di membrana, ne può risultare potenziata od inibita, a seconda del tipo di sinapsi considerata. Le sinapsi possono infatti essere classificate sia secondo criteri istochimici, cioè in base al tipo di neurotrasmettitore rilasciato, che secondo la loro localizzazione. Secondo quest’ultimo criterio, si possono avere contatti tra assone e dendriti (prolungamenti che trasportano gli stimoli verso il corpo cellulare), sinapsi asso-dendritiche, tra assone e corpo cellulare, sinapsi asso-somatiche, oppure tra due assoni, sinapsi asso-assoniche. I grandi neuroni piramidali sono in contatto con diverse migliaia di bottoni sinaptici che consentono di inoltrare miliardi di impulsi alle cellule vicine e di smistare un numero sconfinato di informazioni. In presenza di stimoli, infatti, l’organismo riceve dall’ambiente esterno ed interno un numero di impulsi (misurati in bit/sec, per analogia con l’unità-valore dell’elaborazione cibernetica) pari a 109- 1010 bit/sec, ma di questo enorme numero vengono effettivamente elaborati solo da 25 a 10² bit/sec poichè si determina una protezione neurofisiologica contro un eventuale overload informativo. Ciò conduce ad una condensazione del "materiale" che il nostro sistema nervoso porta al livello di coscienza, con ovvi vantaggi per la nostra capacità di ascoltare un discorso in una sala affollata dove altri parlano o di osservare un determinato particolare del campo visivo, tralasciando tutto il resto. Una variante di tale meccanismo interviene inoltre nei processi di immagazzinamento delle informazioni della memoria a lungo termine ed è quello che gli psicologi cognitivi chiamano effetto primacy-recency (inizio-termine), cioè il fatto che, in una serie definita di input sensoriali , le informazioni iniziali e finali vengono memorizzate meglio di quelle intermedie. Perchè avviene questo oblio informativo? E’ esperienza comune che il dover apprendere più cose contemporaneamente risulta molto difficoltoso, oppure che un numero telefonico appena letto ci sfugge se ne dobbiamo ricordare qualche altro. Ebbene, al di là dei complessi meccanismi neurofisiologici che intervengono ed il cui accenno mi porterebbe ben oltre la presente trattazione, i differenti tipi di sinapsi eccitatorie od inibitorie e la loro capacità di modulare l’attività dei circuiti neuronali che sono alla base del funzionamento superiore, permettono questa grande flessibilità di risposta del nostro cervello.
Se l’istologia delle sinapsi , grazie anche alle pionieristiche osservazioni di Cajal e di Golgi, riserva pochi segreti, tuttavia appare molto più complesso comprenderne il linguaggio chimico, fatto di neurotrasmettitori, neuromodulatori, neuropeptidi e neuroormoni. Ad esempio, accanto all’azione di sostanze come la serotonina, la dopamina, la noradrenalina o l’acetilcolina (i cui siti d’azione sono il target di molti farmaci attivi sul SNC), si sono negli ultimi anni individuati i così detti modulatori allosterici, cioè sostanze endogene od esogene che sono in grado di legarsi ad uno o più siti del complesso recettoriale, diversi da quelli cui si lega il neurotrasmettitore (chiamati isosterici), e di aumentare (modulatori positivi) o ridurre (modulatori negativi) l’attività del recettore primario. Ho inoltre in precedenza accennato ad un’altra classe di molecole che intervengono nella neurotrasmissione, i neuromediatori o secondi messaggeri, la cui sintesi all’interno del neurone viene innescata dal legame di un trasmettitore con il suo sito di ricognizione recettoriale e la cui azione porta alla risposta post-sinaptica.
La ricerca biotecnologica nel settore della neurotrasmissione offre oggi la possibilità di conoscere in modo maggiormente approfondito le famiglie recettoriali, consentendo la sintesi di farmaci sempre più specifici ed in grado di riequilibrare la risposta sinaptica. Ciò ha radicalmente rivoluzionato negli ultimi anni la terapia neuro e psicofarmacologia, consentendo una migliore gestione clinica di malattie un tempo difficilmente trattabili. Tuttavia, il Sistema Nervoso Centrale, con le sue 10¹¹ sinapsi ed i sui 384.000 km di fibre nervose, rimane ancora denso di affascinanti misteri ed il suo linguaggio, le sue parole, solo parzialmente svelate. I futuri progressi amplieranno certamente le nostre conoscenze, ma spetterà a noi, ed alla nostra capacità di porci di fronte al mistero del Creato, poter comunicare in modo più sereno con la nostra Mente: conoscere una lingua non significa saper comporre un Poema.
