Una nuova ricerca condotta da un neuroscienziato del Fralin Biomedical Research Institute del Virginia Tech solleva interrogativi su un approccio consolidato allo studio di patologie neurologiche croniche come la distonia, l’atassia e il tremore.
Questi disturbi derivano da problemi al cervelletto, una regione del cervello coinvolta nel coordinamento dei movimenti. Quando il cervelletto subisce un danno, possono manifestarsi sintomi quali contrazioni muscolari dolorose, posture anomale e tremori incontrollabili.
Per anni, i neuroscienziati si sono concentrati sulla relazione tra due tipi di cellule cerebrali nel cervelletto.
Un gruppo, noto come cellule di Purkinje, sopprime l’attività di un altro gruppo chiamato cellule dei nuclei cerebellari profondi. A causa di questa connessione, i ricercatori hanno generalmente ipotizzato che l’osservazione dell’attività delle cellule di Purkinje fornisca un quadro affidabile di ciò che accade nelle cellule dei nuclei profondi.
Un nuovo studio condotto da Meike van der Heijden suggerisce che tale ipotesi potrebbe non essere valida.
La ricerca, pubblicata sul Journal of Physiology , ha rilevato che l’attività di un tipo di cellula non predice in modo affidabile l’attività dell’altro, nonostante la loro diretta connessione anatomica.
“Abbiamo osservato che non esiste una chiara relazione lineare tra l’attività delle cellule di Purkinje e quella delle cellule dei nuclei profondi. Pertanto, il monitoraggio di un tipo di cellula ha un potere predittivo molto limitato per comprendere cosa sta succedendo nell’altro”, ha affermato Van der Heijden, professore associato presso l’istituto.
Implicazioni per la distonia, l’atassia e il tremore
I risultati potrebbero avere importanti implicazioni sia per la ricerca che per il trattamento dei disturbi del movimento cerebellari.
“L’attività delle cellule di Purkinje e dei nuclei profondi del cervelletto risulta alterata in presenza di patologie, e una migliore comprensione della relazione tra questi tipi di neuroni contribuirà in definitiva a ottimizzare i trattamenti per malattie come la distonia, l’atassia e il tremore”, ha affermato Alyssa Lyon, dottoranda presso il programma di Biologia Traslazionale, Medicina e Salute del Virginia Tech e prima autrice dell’articolo.
Uno dei motivi per cui le cellule di Purkinje hanno ricevuto tanta attenzione è che sono più facili da studiare. Si trovano nello strato più esterno del cervelletto, il che le rende più accessibili ai ricercatori. Le cellule dei nuclei profondi, al contrario, si trovano più in profondità nella superficie del cervello e sono più difficili da misurare direttamente.
Di conseguenza, molti scienziati hanno considerato l’attività delle cellule di Purkinje come un utile biomarcatore di ciò che accade nelle cellule più profonde.
Risultati inattesi dalle registrazioni cerebellari
In circostanze normali, le cellule di Purkinje inibiscono le cellule dei nuclei profondi. Sulla base di questa relazione, ci si aspetterebbe che una maggiore attività delle cellule di Purkinje corrisponda a una minore attività delle cellule dei nuclei profondi, mentre una ridotta attività delle cellule di Purkinje dovrebbe avere l’effetto opposto.
Per verificare tale ipotesi, il team di ricerca ha analizzato un database di registrazioni elettrofisiologiche raccolte da modelli preclinici di malattie cerebellari.
I risultati non hanno rivelato alcuna correlazione significativa tra l’attività nelle due popolazioni cellulari.
“Riteniamo che, per comprendere il comportamento del cervelletto in presenza di una patologia, sia necessario esaminare i neuroni dei nuclei profondi, e non solo le cellule di Purkinje”, ha affermato Van der Heijden, che ricopre anche un incarico presso la Scuola di Neuroscienze del Virginia Tech.
Ha aggiunto che i ricercatori dovrebbero anche essere cauti riguardo alle strategie terapeutiche che si concentrano sulla modifica dell’attività delle cellule di Purkinje, con l’aspettativa che le cellule dei nuclei profondi rispondano di conseguenza.
“Questo caso serve da monito per comprendere l’attività cerebellare nelle malattie, ma anche per trattare queste patologie complesse”, ha affermato Van der Heijden. “Dobbiamo essere molto cauti nel formulare ipotesi e condurre esperimenti per verificarle.”
Abstract
La disfunzione cerebellare può causare atassia, distonia e tremore. I neuroni dei nuclei cerebellari, i principali neuroni di output del cervelletto, mostrano pattern di scarica distinti in modelli murini di diversi disturbi del movimento. Tuttavia, le modifiche al pattern di scarica dei nuclei spesso derivano da cellule di Purkinje che si attivano in modo anomalo, da connessioni errate o dalla degenerazione delle cellule di Purkinje, che costituiscono l’input predominante sulle cellule dei nuclei. Si presume spesso che le modifiche al pattern di scarica delle cellule di Purkinje causino modifiche inverse al pattern di scarica delle cellule dei nuclei, poiché le cellule di Purkinje formano sinapsi GABAergiche sulle cellule dei nuclei cerebellari. Abbiamo verificato questa ipotesi indagando se esista una relazione sistematica tra i pattern di scarica delle cellule di Purkinje e dei nuclei. Abbiamo analizzato i parametri relativi alla frequenza di scarica e all’irregolarità da registrazioni elettrofisiologiche in vivo di singole cellule cerebellari in cinque modelli murini di disturbi del movimento cerebellari. Abbiamo esaminato se le modifiche al pattern di scarica delle cellule di Purkinje allo stato stazionario potessero predire le modifiche al pattern di scarica delle cellule dei nuclei. Abbiamo scoperto che alcuni parametri relativi all’irregolarità dei potenziali d’azione allo stato stazionario erano correlati positivamente tra le cellule di Purkinje e i nuclei cerebellari, ma non è stata osservata alcuna relazione – e in particolare nessuna relazione inversa – tra la frequenza di picco allo stato stazionario delle cellule di Purkinje e quella dei nuclei cerebellari. Inoltre, non abbiamo osservato un aumento della frequenza di picco allo stato stazionario dei nuclei cerebellari nei topi con cellule di Purkinje silenziate o in degenerazione. Poiché non abbiamo riscontrato alcuna relazione sistematica tra l’attività di picco allo stato stazionario delle cellule di Purkinje e quella dei nuclei cerebellari, non è possibile prevedere in modo affidabile i pattern di picco dei nuclei cerebellari associati alla malattia basandosi sulle registrazioni di singole cellule di Purkinje. Inoltre, i normali pattern di picco delle cellule di Purkinje possono mascherare i pattern di picco patogeni nei nuclei cerebellari, sottolineando l’importanza di studiare la funzione dei nuclei cerebellari nelle malattie cerebellari.
Materials provided by Virginia Tech. Note: Content may be edited for style and length.
Alyssa M Lyon, Viviana Hernandez‐Castanon, Meike E van der Heijden. Steady‐state Purkinje cell activity has limited predictive power for cerebellar output in disease. The Journal of Physiology, 2026; 604 (10): 3964 DOI: 10.1113/JP290000
by 