LA POTATURA SINAPTICA O PRUNING SINAPTICO

La potatura sinaptica o pruning sinaptico, una fase dello sviluppo del sistema nervoso, è il processo di eliminazione delle sinapsi che avviene tra la prima infanzia e l’inizio della pubertà. Durante la potatura, sia l’ assone che il dendrite si deteriorano e muoiono. 

Il cervello del neonato aumenterà di dimensioni fino a cinque volte entro l’età adulta. Due fattori contribuiscono a:

  • la crescita delle connessioni sinaptiche tra i neuroni e la mielinizzazione delle fibre nervose;
  • il numero totale di neuroni, tuttavia, rimane lo stesso.

Dopo l’adolescenza, il volume delle connessioni sinaptiche diminuisce nuovamente a causa della potatura sinaptica. Essa è influenzata da fattori ambientali ed è opinione diffusa che rappresenti l’apprendimento .

Potatura normativa:

Alla nascita, i neuroni della corteccia visiva e motoria hanno connessioni con il collicolo superiore, il midollo spinale e il ponte. I neuroni vengono potati selettivamente. Pertanto, i neuroni nella corteccia visiva sfoltiscono le sinapsi con i neuroni nel midollo spinale. La corteccia motoria recide le connessioni con il collicolo superiore. Questa variazione di potatura è nota come potatura assone stereotipata su larga scala. I neuroni inviano lunghi rami di assoni ad aree target e le connessioni inappropriate vengono eliminate. 

Gli eventi regressivi affinano l’abbondanza di connessioni, osservate nella neurogenesi, per creare un circuito specifico e maturo. L’apoptosi e la potatura sono i due metodi principali per recidere le connessioni indesiderate. Nell’apoptosi, il neurone viene ucciso e anche tutte le connessioni associate al neurone vengono eliminate. Al contrario, il neurone non muore ma richiede la retrazione degli assoni dalle connessioni sinaptiche che non sono funzionalmente appropriate.

Si ritiene che lo scopo della potatura sinaptica sia quello di rimuovere strutture neuronali non necessarie dal cervello. 

Si pensa che la potatura sia un processo di rimozione dei neuroni che possono essere stati danneggiati o degradati al fine di migliorare ulteriormente la capacità di “networking” di un’area del cervello. Inoltre, è stato stabilito che il meccanismo funziona anche come mezzo per mantenere continuamente una funzione cerebrale efficiente, rimuovendo i neuroni in base alla loro efficienza sinaptica.

Potatura nel cervello in maturazione:

La potatura associata all’apprendimento è nota come potatura del pergolato terminale degli assoni su piccola scala. Gli assoni estendono i perni terminali degli assoni corti verso i neuroni all’interno di un’area target. Alcuni pergolati terminali vengono potati dalla concorrenza. La selezione dei pergolati terminali potati segue il principio “usalo o perdi” visto nella plasticità sinaptica. Ciò significa che le sinapsi che vengono usate frequentemente hanno forti connessioni mentre le sinapsi usate raramente vengono eliminate. In termini di esseri umani, la potatura sinaptica è stata osservata attraverso l’inferenza delle differenze nel numero stimato di cellule gliali e neuroni che differisce notevolmente nel nucleo talamico mediodorsale.

Si pensa che la struttura del cervello cambi quando la degenerazione e la deafferentazione si verificano in situazioni postnatali. Nel caso dello sviluppo, è improbabile che i neuroni che sono in fase di perdita a causa della morte vengano riutilizzati, ma piuttosto sostituiti da nuove strutture neuronali o sinaptiche.

La potatura sinaptica è classificata separatamente dagli eventi regressivi osservati in età avanzata. Mentre la potatura dello sviluppo dipende dall’esperienza, le connessioni deteriorate.

Meccanismi:

I tre modelli che spiegano la potatura sinaptica sono:

  • la degenerazione degli assoni;
  • la retrazione degli assoni;
  • lo spargimento degli assoni.

In tutti i casi, le sinapsi sono formate da un terminale assone transitorio e l’eliminazione delle sinapsi è causata dalla potatura dell’assone. 

Nella potatura degli alberi degli assoni su piccola scala, si ritiene che l’attività neurale sia un importante regolatore, ma il meccanismo molecolare rimane poco chiaro. Si ritiene che ormoni e fattori trofici siano i principali fattori estrinseci che regolano la potatura assonale stereotipata su larga scala. I tre modelli che spiegano la potatura sinaptica sono:

  1. Degenerazione degli assoni: ci sono grandi cambiamenti apportati al sistema nervoso durante la metamorfosi. La metamorfosi è innescata dall’ecdisone. Durante questo periodo si verifica un’estesa potatura e riorganizzazione della rete neurale. Studi di denervazione alla giunzione neuromuscolare dei vertebrati hanno dimostrato che il meccanismo di rimozione degli assoni somiglia molto alla degenerazione walleriana. Tuttavia, la potatura globale e simultanea osservata in Drosophilia differisce dalla potatura del sistema nervoso dei mammiferi, che avviene localmente e in più fasi di sviluppo.
  2. Retrazione degli assoni: i rami degli assoni si ritraggono da distale a prossimale. Le molecole guida servono a controllare il pathfinding degli assoni attraverso la repulsione e anche ad avviare la potatura di connessioni sinaptiche esuberanti. Semaphorin ligandi ei recettori neuropilins e plexins sono utilizzati per indurre la retrazione degli assoni per avviare la potatura ippocampo-settale e infrapiramidale (IPB). La potatura viene attivata una volta che il ligando raggiunge i livelli di soglia della proteina entro pochi giorni dall’espressione rilevabile dell’mRNA.  La potatura stereotipata è stata osservata anche nell’adattamento dei rami degli assoni sovraestesi dalla formazione della retinotopia. È stato scoperto che l’efrina e i suoi recettori regolano e dirigono i rami degli assoni retinici. 
  3. Perdita di assone: l‘imaging time-lapse degli assoni in ritirata nelle giunzioni neuromuscolari dei topi ha mostrato lo spargimento assonale come possibile meccanismo di potatura. L’assone in ritirata si muoveva in ordine distale rispetto a quello prossimale e somigliava alla retrazione. Tuttavia, ci sono stati molti casi in cui i resti sono stati eliminati mentre gli assoni si stavano ritirando. I resti, chiamati assosomi, contenevano gli stessi organelli visti nei bulbi attaccati all’estremità degli assoni e si trovavano comunemente in prossimità dei bulbi. Ciò indica che gli assosomi derivano dai bulbi. Inoltre, gli assosomi non avevano citoplasmi densi di elettroni o mitocondri interrotti, indicando che non si erano formati attraverso la degenerazione walleriana.
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