Biologia del neurone - Centro di formazione ASLTO4

SVILUPPO NEUROLOGICO E
PLASTICITÀ NEURONALE
1
Neurosviluppo: decorso temporale
La ristrutturazione
cerebrale è più attiva
nell’infanzia e
nell’adolescenza
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: decorso temporale
Differenziazione,
mielinizzazione e
sinaptogenesi
proseguono per tutta
la vita
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: decorso temporale
La mielinizzazione
degli assoni e la
ramificazione degli
alberi dendritici è più
vigorosa
nell’adolescenza
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Neurosviluppo: neurogenesi
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
• La neurogenesi attraverso cellule embrionali
anche in età adulta, avviene solo in due
regioni evolutivamente primitive:
– Giro dentato dell’ippocampo da precursori
neuronali nella zona subgranulare
– Bulbo olfattorio da precursori nella zona
subventricolare
Neurosviluppo: neurogenesi
Ippocampo
Kahle W., Leonhardt H., Platzer W. «Anatomia umana.» – 2° ed. 1987
Neurosviluppo: neurogenesi
CA3
CA2
Granuli del
giro dentato
CA1
Kahle W., Leonhardt H., Platzer W. «Anatomia umana.» – 2° ed. 1987
Neurosviluppo: neurogenesi
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
Connessione
sinaptica normale
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
Stress, depressione,
invecchiamento e
neurodegenarzione
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
Salvataggio del
neurone con fattori
di crescita.
Endogeni sono
apprendimento,
esercizio fisico,
psicoterapia e
psicofarmaci
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Neurosviluppo: neurogenesi
Trapianto di
precursori cellulari
attraverso tecniche
neurochirurgiche:
morbo di Parkinson
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Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Neurosviluppo: selezione neuronale
Il 90% dei neuroni formati
durante il periodo fetale
vanno in apoptosi prima del
concepimento
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: neurogenesi
I neuroni sono
in eccesso nella
vita prenatale
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: selezione neuronale
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurosviluppo: selezione neuronale
Miliardi di neuroni vengono distrutti
attraverso l’apoptosi tra il
concepimento e la nascita
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Fattori neurotrofici
NGF
Fattore di crescita nervosa
P75
TrkA
GDNF
Recettori proapoptotici
Recettori antiapoptotici
Fattori neurotrofici derivati da cellule gliali
BDNF
Fattore neurotrofico di derivazione cerebrale
NT-3, 4 e 5 Neurotrofine 3, 4 e 5
CNTF
Fattore neurotrofico ciliare
ILGF I e II
FGF
Fattori di crescita simil-insulinici
Fattore di crescita derivato da fibroblasti
EGF
Fattore di crescita epidermico
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Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Migrazione neuronale
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Migrazione neuronale
Durante il periodo in utero, i neuroni
selezionati devono migrare nella giusta
regione cerebrale
Cellula gliale
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Migrazione neuronale
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Sinaptogenesi
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Sinaptogenesi
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Sinaptogenesi
I neuroni non falliscono nel
formare connessioni, non
muoiono e non degenerano.
Il risultato è il trasferimento
sbagliato d’informazioni (p.e.
schizofrenia, ritardo mentale e
altri disturbi del neurosviluppo)
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Sinaptogenesi
L’albero dendritico può far
crescere nuovi rami e
stabilire numerosi
collegamenti sinaptici,
processo controllato dai
fattori di crescita
Demenza
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Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Plasticità sinaptica
Neurone presinaptico
I mitocondri forniscono l’energia
necessaria alla neurotrasmissione
Neurone postsinaptico
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Plasticità sinaptica
Maggiore densità di recettori
pre- e post-sinaptici
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Plasticità sinaptica
Incrementato rilascio di
neurotrasmettitore
La superficie di contatto si
modifica per favorire un
contatto maggiore
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Plasticità sinaptica
Incrementato rilascio di
neurotrasmettitore
Le modificazioni strutturali
portano alla formazione di
due siti postsinaptici
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Neurotrasmissione sinaptica
e indirizzo anatomico
• Neurosviluppo
– Decorso temporale
– Neurogenesi
– Selezione neuronale
• Migrazione neuronale
• Sinaptogenesi: direzione degli assoni e
arborizzazioni degli alberi dendritici
• Plasticità sinaptica
• Eliminazione competitiva delle sinapsi
Eliminazione competitiva
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Come si elimina una sinapsi?
Eliminazione competitiva
• Il momento della vita in cui ci sono più sinapsi
è a 6 anni di età
• Nel periodo successo, fino all’adolescenza,
vengono rimosse la metà delle sinapsi presenti
a 6 anni:
– Circa 100,000 x 109 di sinapsi
– 10,000 sinapsi per ogni neurone
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
«Potatura»
fisiologica
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Eliminazione competitiva
Malattia degenerativa
«Potatura»
fuori controllo
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
Fisiologica trasmissione eccitatoria:
glutammato si lega ai canali ionici
post-sinaptici che si aprono e fanno
entrare ioni calcio, questi mediano
la neurotrasmissione
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
Eccessiva trasmissione
eccitatoria: provoca l’apertura
di un numero maggiore di
canali ionici post-sinaptici
Può indurre: attacchi di panico,
mania, sintomi positivi della
schizofrenia, crisi comiziali
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
Eccessiva trasmissione
eccitatoria per lungo tempo:
eccitotossicità
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
Eliminazione competitiva
Eccitotossicità, l’attuale ipotesi
più consistente per: malattie
degenerative, sintomi della
schizofrenia, malattia di
Alzheimer, malattia di
Parkinson, SLA, danno
ischemico da stroke
Catastrofica trasmissione
eccitatoria: non solo il dendrite
viene distrutto, ma l’intero
neurone
Stahl S.M. «Stahl essential psychopharmacology.» – 3° ed. 2011
VULNERABILITÀ GENETICA
48
Vulnerabilità genetica:
schizofrenia
50%
15%
49
Vulnerabilità genetica:
disturbo bipolare
80%
8-10%
50
Vulnerabilità genetica
Stahl SM. Psicofarmacologia essenziale – 2° ed.
Centro Scientifico Editore. Torino, 2002
Vulnerabilità
ambientale
51
Stahl SM. Psicofarmacologia essenziale – 2° ed.
Centro Scientifico Editore. Torino, 2002
52
Espressione genetica
• Alterazioni dell’espressione genetica portano a
variazioni nelle connessioni e nelle funzioni
che le connessioni hanno fra loro:
– I geni possono modificare il comportamento
Espressione genetica
• Le esperienze umane, l’educazione e la
psicoterapia possono modificare l’espressione
dei geni alterando la distribuzione e la “forza”
di specifiche connessioni sinaptiche
Espressione genetica
• Questo può produrre variazioni a lungo
termine del comportamento dovute a una
combinazione tra esperienza originale e
alterazioni genetiche successive