Indicatori di sinapsi singola di Soldamento Release e Uptake in Acute Brain Slices da Topi Normali e Huntington

L’impatto relativo di ogni terminale sinaptico appartenente a una “connessione unitaria” (cioè la connessione tra due cellule nervose) è tipicamente valutato dalla sua influenza sul segmento iniziale del neurone post-sinaptico^1,2. Le registrazioni somatiche e/o dendritiche dei neuroni post-sinaptici rappresentano le più comuni e, fino ad ora, anche i mezzi più produttivi per chiarire l’elaborazione delle informazioni sotto una prospettiva top-down o verticale^3,4,5. Tuttavia, la presenza di astrociti con i loro territori discreti e (in roditori) non sovrapposti può contribuire a una prospettiva orizzontale che si basa su meccanismi locali di scambio di segnale, integrazione e sincronizzazione nei siti sinaptici^6,7,8,9,10.

Perché è noto che l’astroglia gioca, in generale, un ruolo importante nella patogenesi della malattia neurodegenerativa^11,12 e, in particolare, un ruolo nel mantenimento e plasticità delle sinapsi glutamategiche^13,14,^15,,16, è concepibile che alterazioni delle prestazioni sinaptiche si evolvono in conformità con lo stato di astrociti nell’area di destinazione condivisa di fibre afferenti di varia origine. Per esplorare ulteriormente i meccanismi normativi locali di origine target/astroglia in materia di salute e malattia, è necessario valutare le singole sinapsi. L’approccio attuale è stato elaborato per stimare la gamma di indicatori funzionali di rilascio e gioco del glutammato e per definire i criteri che possono essere utilizzati per identificare le sinapsi disfunzionali (o recuperate) nelle aree cerebrali più strettamente correlate all’inizio del movimento (cioè, prima di tutto nella corteccia motoria e nello striato dorsale).

Lo striato manca di neuroni glutamatergici intrinseci. Pertanto, è relativamente facile identificare gli afferenti glutamatergici di origine extrastriata. Questi ultimi hanno per lo più origine nel talamo mediale e nella corteccia cerebrale (vedi^17,18,19,20 per di più). Le sinapsi corticostriatali sono formate dagli assoni dei neuroni piramidali localizzati negli strati corticali 2/3 e 5. I rispettivi assoni formano connessioni bilaterali intratelefila (IT) o connessioni ipsilaterali attraverso un sistema in fibra che costituisce più caudalmente il tratto piramidale (PT). È stato inoltre suggerito che i terminali di tipo IT e PT differiscono per le loro caratteristiche di rilascio e dimensione^21,22. Alla luce di questi dati, ci si potrebbe aspettare anche alcune differenze nella gestione del glutammato.

Lo striato è l’area cerebrale più colpita nella malattia di Huntington (HD)⁵. La MH umana è un grave disturbo neurodegenerativo geneticamente ereditato. Il modello murino Q175 offre l’opportunità di studiare la base cellulare della forma ipocinetica-rigida della MH, uno stato che ha molto in comune con il parkinsonismo. A partire da un’età di circa 1 anno, i topi omozigote Q175 (HOM) presentano segni di ipocinesia, come rivelato misurando il tempo trascorso senza movimento in un campo aperto²³. I presenti esperimenti con topi eterozigote Q175 (HET) hanno confermato i precedenti deficit motori osservati nell’HOM e, inoltre, hanno dimostrato che i deficit motori osservati sono stati accompagnati da un livello ridotto dell’amminoacido eccitativo astrocitatorio trasportatore 2 proteine (EAAT2) nelle immediate vicinanze dei terminali sinaptici corticostriali²⁴. È stato quindi ipotizzato che un deficit nell’assorbimento del glutammato astrocitico potrebbe portare a disfunzione o addirittura alla perdita delle rispettive sinapsi^25,26.

Qui, descriviamo un nuovo approccio che permette di valutare l’autorizzazione del glutammato a sinapsi singola rispetto alla quantità del neurotrasmettitore rilasciato. Il nuovo sensore di glutammato iGlu_u è stato espresso nei neuroni piramidali corticostriatali. È stato sviluppato da Katalin T’r’k²⁷ e rappresenta una modifica del sensore ad alta affinità ma lento del glutammato iGluSnFR²⁸introdotto in precedenza. Entrambi i sensori sono derivati della proteina fluorescente verde potenziata (EGFP). Per le caratteristiche spettrali e cinetiche, vedere Helassa et al.²⁷. In breve, iGlu_u è un sensore a bassa affinità con cinetica di deattivazione rapida e quindi particolarmente adatto per studiare l’autorizzazione del glutammato nei terminali sinaptici che rilasciano glutammato. La costante del tempo di dissociazione di iGlu_u è stata determinata in un dispositivo di arresto del flusso, che ha reso un valore di spegnimento di Tau di 2,1 ms a 20 , ma 0,68 ms quando estrapolato ad una temperatura di 34 ._off ²⁷ I singoli terminali collaterali di Schaffer sondati a 34 gradi centigradi con la scansione a spirale nella regione CA1 delle colture organotipiche dell’ippocampo sotto un microscopio a 2 fotoni hanno mostrato una costante temporale media di decadimento di 2,7 ms.