Il nostro cervello è costituito da miliardi di cellule nervose che lavorano insieme coordinando numerose funzioni ed eseguendo compiti complessi come il controllo del movimento, l’apprendimento e la formazione di ricordi. Come è intuibile, però, questo incessante lavoro è piuttosto dispendioso dal punto di vista energetico, sicché i neuroni richiedono un apporto ininterrotto di nutrienti (soprattutto glucosio) e ossigeno.
Questo implica anche che, ogni qual volta sta eseguendo un compito mentalmente faticoso, il nostro cervello ha bisogno di una spinta immediata di energia. Questo è il motivo per cui, quando siamo impegnati nella preparazione di un esame o lavoriamo su un progetto che richiede grande concentrazione, per fare qualche esempio, la nostra voglia di cioccolata e “schifezzuole” varie sembra aumentare.
Tuttavia, i meccanismi specifici sottostanti la capacità dei neuroni di ricevere apporti energetici “on demand” quando ne hanno necessità, non sono ancora del tutto chiari.
Recentemente però, è stato osservato un coinvolgimento diretto degli astrociti in questa fornitura energetica. Infatti si è visto che quando i neuroni abbisognano di una “spinta extra” di energia, gli astrociti entrano prontamente in azione attingendo alle proprie riserve di glucosio al fine di aumentare la sintesi e il rilascio di Lattato e rendendolo così disponibile per l’uso da parte dei neuroni.
Ma in che modo, esattamente, gli astrociti riescono a “capire” quando è necessario intervenire per fornire ai neuroni questo apporto extra di energia?
In una serie di esperimenti che utilizzano modelli murini e campioni cellulari, un team di ricercatori dell’UCL Neuroscience, Physiology & Pharmacology (Theparambil et al., 2024) ha identificato una serie di recettori specifici negli astrociti, in grado di rilevare e monitorare l’attività neuronale.
Quando i neuroni entrano in uno stato di “affaticamento”, questi recettori rilevano il cambiamento nella loro attività e si attivano innescando una cascata di segnalazione intracellulare che coinvolge una molecola essenziale, chiamata Adenosina. Questa molecola attiva il metabolismo del glucosio e consente agli astrociti di fornire ai neuroni l’energia necessaria per continuare a funzionare anche in condizioni di attività sostenuta.
Infatti, inattivando artificialmente tali recettori, l’attività cerebrale degli animali è risultata molto meno efficace del normale, comportando significative diminuzioni di capacità cognitive come la memoria, l’attenzione e l’apprendimento.
Ora, poiché con l’avanzare dell’età l’omeostasi energetica cerebrale diminuisce progressivamente, contribuendo al declino cognitivo e al rischio che possano insorgere patologie neurodegenerative come l’Alzheimer, questa scoperta rappresenta una interessante opportunità da cui partire per sviluppare interventi terapeutici mirati a salvaguardare il metabolismo energetico cerebrale e preservare il più possibile la salute e la funzionalità cognitiva anche in età matura.
Riferimenti Bibliografici
Theparambil, S.M., Kopach, O., Braga, A. et al. Adenosine signalling to astrocytes coordinates brain metabolism and function. Nature 632, 139–146 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07611-w
ox, P. T., Raichle, M. E., Mintun, M. A. & Dence, C. Nonoxidative glucose consumption during focal physiologic neural activity. Science 241, 462–464 (1988)
Bonvento, G., & Bolaños, J. P. (2021). Astrocyte-neuron metabolic cooperation shapes brain activity. Cell metabolism, 33(8), 1546–1564. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.07.006
Almeida, A., Jimenez-Blasco, D., & Bolaños, J. P. (2023). Cross-talk between energy and redox metabolism in astrocyte-neuron functional cooperation. Essays in biochemistry, 67(1), 17–26. https://doi.org/10.1042/EBC20220075