La concentrazione intracellulare del Ca^2+ è coinvolta nelle principali funzioni neuronali e viene regolata da canali ad esso permeabili o da proteine con la capacità di legarlo alla propria struttura. I canali del Ca^2+ voltaggio dipendenti (VDCC) sono i regolatori principali della concentrazione di questo ione nel neurone. Essi sono composti da una subunità a1 che descrive un poro nella membrana ed è voltaggio sensibile e da altre subunità accessorie (β,γ,δ,a2); vengono inoltre distinti in base alle caratteristiche farmacologiche ed elettrofisiologiche della loro subunità in L, N, P/Q e R. Il tipo P/Q è espresso nel SNC, in particolare nelle cellule del Purkinje e nelle cellule dei granuli della corteccia cerebellare. Delle mutazioni a carico di questo canale sono collegate a diversi disturbi neurologici nell’uomo come l’atassia spino-cerebellare di tipo 6, l’emicrania emiplegica familiare e l’atassia episodica di tipo 2.
Il topo “rolling Nagoya” (Cacna1a^tg.rol) presenta una mutazione puntiforme spontanea al segmento S4 voltaggio sensibile della subunità a1a. Recenti studi di elettrofisiologia hanno rivelato che in questi topi avviene una diminuzione dell’ampiezza del PPSE nelle sinapsi che le Purkinje compiono con le fibre parallele e un aumento del PPSE nelle sinapsi tra le stesse Purkinje e le fibre rampicanti. Attraverso l’utilizzo di un HVEM (high voltage electron microscope) sono state osservate nei topi “rolling Nagoya” numerose spine dendritiche là dove nei topi sani sono per lo più assenti, ovvero sui dendriti prossimali delle cellule di Purkinje; queste inoltre fanno sinapsi con le fibre rampicanti. Sull’arborizzazione dendritica terziaria invece la densità e la dimensione delle spine dendritiche risultano minori rispetto a condizioni normali e persino la loro forma ed orientamento si presentano più irregolari. Prendendo in considerazione uno studio di Segal et al., uno dei principali fattori che modulano la morfologia delle spine dendritiche è la concentrazione del Ca^2+ intracellulare: un moderato aumento della sua concentrazione aumenterebbe il numero e la dimensione delle spine dendritiche, al contrario basse o alte concentrazioni porterebbero alla soppressione delle stesse. La concentrazione di Ca^2+ nei dendriti terziari delle cellule di Purkinje dei topi “rolling Nagoya” risulta diminuita in conseguenza all’inefficienza del canale del P/Q e ciò concorda con la scomparsa delle spine dendritiche a questo livello e il conseguente calo del PPSE. Le spine ectopiche sui dendriti prossimali delle cellule di Purkinje possono spiegare su basi morfologiche l’aumento del PPSE nelle sinapsi delle cellule di Purkinje con le fibre rampicanti, in quanto offrono una maggiore superficie in qualità di elemento post-sinaptico. La presenza di spine ectopiche può essere a sua volta spiegata dall’alterata omeostasi del Ca^2+, la mutazione del canale P/Q viene compensata in vari modi: con una maggiore attività dei canali del Ca^2+, del tipo N e L, con la modulazione di proteina leganti Ca^2+ e la down-regulation di canali del Ca^2+ intracellulari come RyR1. Le indagini morfologiche nei topi “rolling Nagoya” hanno rivelato inoltre alterazioni caratteristiche delle sinapsi tra le varicosità delle fibre parallele e le spine dendritiche delle cellule di Purkinje, queste sinapsi vengono contratte infatti tra una sola varicosità della fibra parallela con più di 3 spine dendritiche. La diminuzione del PPSE nelle sinapsi tra cellule del Purkinje e fibre parallele, causata dalla diminuzione delle spine dendritiche delle Purkinje stesse, indurrebbe la formazione di queste sinapsi multiple attraverso una ipertrofia delle varicosità.
La morfologia delle spine dendritiche delle cellule di Purkinje e di conseguenza la microcircuiteria principale del cervelletto è il risultato di un’orchestrazione che avviene tra l’omeostasi del calcio e le due maggiori afferenze eccitatorie: le fibre rampicanti e le fibre parallele
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