lunedì 30 maggio 2011

L'area preottica e il differenziamento del comportamento sessuale

Il differenziamento sessuale del cervello è realizzato in gran parte grazie all'azione dell'ormone steroideo estradiolo. L'area preottica (POA), una regione dell'ipotalamo anteriore necessaria per l'espressione di molti comportamenti a carattere sessuale, è estremamente sensibile all'effetto di questo ormone.
Gli astrociti della POA presentano un dimorfismo sessuale, nei maschi hanno processi più lunghi e numerosi, risultato dell’azione dell’estradiolo durante il periodo perinatale.  Inoltre i neuroni della POA nei maschi hanno più del doppio di spine dendritiche per unità di area dei neuroni della POA nelle femmine, risultato anche questo dell’estradiolo; infatti un’esposizione in periodo perinatale all’estradiolo di POA femminile mascolinizza quest’area.
L’estradiolo proviene dall’aromatizzazione di androgeni prodotti dalle gonadi perinatali. Il pathway di trasduzione del segnale attraverso il quale l’estradiolo svolge la propria funzione coinvolge la PGE2.  Il processo inizia appunto con un’aumentata produzione della molecola lipidica PGE2 che è insieme necessaria e sufficiente a produrre una densità di spine dendritiche a carattere maschile nella POA perinatale.  Topi maschi trattati con un bloccante per la sintesi delle prostaglandine in periodo perinatale mostrano un pattern sinaptico femminile e una ridotta frequenza della monta e una riduzione dell’eiaculazione nell’età adulta, mentre femmine trattate con PGE2 in età perinatale mostrano una densità di spine dendritiche maschile e acquisiscono un comportamento sessuale maschile in età adultà.
PGE2 è sintetizzata a partire dall’acido arachidonico attraverso la cicloossigenasi (COX) e la PGE sintasi. L’esposizione all’estradiolo in periodo perinatale mascolinizza il cervello attraverso l’up-regulation dell’isoforma inducibile COX2 che porta ad un aumento di circa sette volte del livello di PGE2.  Successivamente l’esposizione a PGE2 induce un aumento dei livelli della proteina spinofilina e della densità di spine dendritiche . La spinofilina, infatti, è presente in gran quantità nelle spine dendritiche e i livelli in età adulta di questa proteina nella POA sono direttamente correlati alle misure comportamentali (frequenza e durata della monta, eiaculazione, ecc.).
Gli effetti di PGE2 sono propagati dai recettori per i prostanoidi di tipo E accoppiati a proteina G chiamati EP 1-4. Tutti e quattro i recettori EP sono espressi nella POA perinatale e sono necessari all’aumento dei livelli di spinofilina in risposta all’estradiolo e alla PGE2. EP2 e EP4 sono necessari e sufficienti per  raggiungere sufficienti livelli di spinofilina in età neonatale e quindi un adeguata densità di spine dendritiche per lo sviluppo del comportamento sessuale maschile in età adulta. EP1 e EP3 forniscono un supporto ridondante che garantisce che la mascolinizzazione della POA PGE2mediata  sia raggiunta. I recettori sono generalmente (sempre EP2 e EP4) accoppiati a proteina G che possono quindi stimolare la produzione di cAMP grazie all’adenilato ciclasi e quindi reclutare la PKA.
PKA fosforila diverse subunità del recettore AMPA, come GluR1, fosforilazione promossa dalle proteine che ancorano la PKA (AKAPs) che la indirizzano verso i recettori del glutammato. In altre zone del cervello, come l’ippocampo e la neocorteccia, la fosforilazione di GluR1 in corrispondenza del residuo di serina 845 provoca un aumento del traffico de dell’inserzione dei recettori AMPA a livello del terminale postsinaptico costituito dalle spine dendritiche. Quindi PGE2 regola rapidamente e positivamente la fosforilazione delle subunità GluR1 dei recettori AMPA attraverso la PKA e aumenta l’inserzione di GluR1 nella membrana, entrambi fenomeni che contribuiscono alla formazione e alla stabilizzazione di nuove spine dendritiche.
Le spine dendritiche sono i siti primari degli input sinaptici eccitatori nel cervello e frequentemente si modificano di numero e /o densità in risposta a variazioni sia interne che esterne associate con la regolazione del comportamento.  L’attività sinaptica della POA è necessaria per l’espressione del comportamento sessuale maschile nell’età adulta e la disposizione maschile delle spine dendritiche è altrettanto necessaria per l’espressione di questo comportamento. 
 
References

  • Lenz KM, Wright CL, Martin RC, McCarthy MM. Prostaglandin E(2) Regulates AMPA Receptor Phosphorylation and Promotes Membrane Insertion in Preoptic Area Neurons and Glia during Sexual Differentiation. PLoS One. 2011 Apr 7;6(4):e18500. 
  • Wright CL, Burks SR, McCarthy MM. Identification of prostaglandin E2 receptors mediating perinatal masculinization of adult sex behavior and neuroanatomical correlates. Dev Neurobiol. 2008 Oct;68(12):1406-19.
  • Wright CL, McCarthy MM. Prostaglandin E2-induced masculinization of brain and behavior requires protein kinase A, AMPA/kainate, and metabotropic glutamate receptor signaling. J Neurosci. 2009 Oct 21;29(42):13274-82.

martedì 10 maggio 2011

Anatomia del nucleo rostrale del tratto solitario (Parte 1)


Il nucleo del tratto solitario (NST) è uno dei principali nuclei sensitivi del bulbo dorsale, che riceve informazioni cardiovascolari, viscerali, respiratorie, gustative e oro tattili. Inizia a livello della decussazione delle piramidi, vicino al midollo cervicale e si estende in alto fino al terzo caudale del nucleo cocleare dorsale. Caudalmente, l’NST attraversa la linea mediana formando i sub nuclei commissurali. Rostalmente all’area postrema, l’NST si divide in due metà che circondano la linea mediana e la sommità ventrolaterale del IV ventricolo. Il limite anatomico tradizionale del nucleo rostrale (rNST) è il punto in cui le punte mediali dei nuclei non sono più in contatto con il IV ventricolo. L’rNST inizialmente è separato lateralmente dal ventricolo mediante i nuclei vestibolare mediale e preposito dell’ipogrosso e il suo estremo rostrale è adiacente ai nuclei spinale del trigemino e vestibolari.

Pur contiguo con la parte caudale del nucleo, l’rNST è funzionalmente distinto poiché riceve afferenze gustative e oro sensoriali primarie. Infatti campi terminali oro sensoriali dei nervi cranici si estendono per varie centinaia di micron casualmente rispetto al punto in cui l’NST si porta lateralmente al IV ventricolo, funzionalmente quindi l’rNST si estende caudalmente al suo limite tradizionale. 
Sul piano orizzontale, l’NST appare a forma di V, la cui punta corrisponde alla porzione commissurale e gli apici all’rNST. Su questo piano, il tratto solitario è chiaramente visibile insieme alla parte laterale del nucleo. Nelle sezioni coronali, l’rNST è situato subito lateralmente e ventralmente ai nuclei mediale e spinale vestiblolare, medialmente al nucleo spinale del trigemino e dorsalmente alla formazione reticolare parvocellulare.
Istologicamente, l’rNST è distinto dalla regione circostante per via della dimensione relativamente piccola dei pirenofori. Tale distinzione è particolarmente evidente lungo i margini mediale e dorsale. Sono comunque presenti alcuni neuroni giganti, particolarmente nella metà ventrale, simili a quelli dell’adiacente formazione reticolare (rendendo quindi difficile delineare i margini).  Il bordo laterale è maggiormente distinto nel tessuto decolorato dalle fibre mieliniche per via dell’abbondanza di queste appena lateralmente al rNST.
La regione ventrale dell’rNST contiene fascicoli che decorrono dall’alto in basso, distinti da quelli più regolari della formazione reticolare mediante preparazioni Weil-stain. Molte altre tecniche sono state utilizzate per definire chiaramente i bordi, ma con limitato successo. Ad esempio, decolorazioni per gli enzimi mitocondriali come NADH deidrogenasi, citocromo ossidasi e succinato deidrogenasi identificano preferenzialmente il neuropilo all’interno della corda del timpano durante marcatura immunoistochimica per neurotrasmettitori, neurotropine e loro recettori.
I neuroni dell’rNST non sono omogenei né disposti in maniera ordinata: il nucleo è stato suddiviso in regioni per differenze istologiche, citoarchitettoniche e di connettività. Studi recenti, utilizzando una combinazione di varie tecniche come impregnazione di Nills, argento ridotto, metodo di Golgi e tract tracing, hanno consentito di designare quattro suddivisioni nel topo. Tali suddivisioni corrispondono anche a distinzioni funzionali: di conseguenza, tale suddivisione può essere importante per chiarire i meccanismi di processamento sensoriale all’interno del nucleo.  Recentemente alcuni ricercatori hanno diviso l’rNST in 6 campi che non riflettono specifiche caratteristiche anatomiche ma facilitano la discussione sulle differenze funzionali delle varie popolazioni. La suddivisione mediale (M) è la più piccola, lateralmente al nucleo vestibolare mediale: contiene neuroni piccoli senza neuropili e alcuni neuroni parasimpatici pregangliari nella porzione ventromediale, che andrebbero esclusi dal nucleo per la loro funzione motoria. I neuroni M non ricevono fibre dirette craniali, ma sono connessi all’NST caudale, probabilmente per collegare informazioni gustative e viscerosensitive. Il campo rostrale centrale (RC) è immediatamente laterale a M, medialmente al tratto solitario: contiene neuroni piccoli e medi densamente impacchettati e poche fibre mielinizzate lo attraversano scavalcando i nuclei vestibolari. L’RC riceve le maggiori afferenze dai nervi cranici e contiene la maggioranza dei neuroni che contribuiscono alle vie gustative ascendenti. La suddivisione rostrale laterale (RL) circonda il tratto solitario all’estremità laterale del rNST: contiene neuroni simili per dimensioni a quelli di RC ma meno impacchettati. Vi è un significativo aumento delle fibre mieliniche che la attraversano in direzione dorso-ventrale I neuroni RL ricevono fibre afferenti dai nervi cranici, la maggioranza delle quali trasmettono informazioni orotattili. RL contiene anche alcuni neuroni che proiettano al nucleo parabrachiale (PBN) nel ponte. La suddivisione ventrale (V) si trova davanti a RC e RL, facilmente distinguibile per neuroni sparsi intorno a molte fibre che decorrono in senso rostro-caudale. V contiene la maggioranza dei neuroni che proiettano ai centri oromotori del tronco encefalico e altri che proiettano rostralmente al PBN.  Infine la divisione dorsale (D) descritta nel criceto, una sottile striscia situata dorsalmente al RC: contiene neuroni molto piccoli e sparsi. 
In base alla forma e dimensioni del soma, al numero di dendriti primari e alla morfologia dell’albero dendritico sono presenti 3 principali popolazioni neuronali: ovoidali, multipolari e allungati, identificati con iniezioni di rafano-perossidasi e aggiungendo biocitina all’ago per valutazione elettrofisiologica.
Le cellule più piccole hanno soma sferici od ovoidali e tipicamente due o tre sottili dendriti primari, di solito corti (180 μm), confinati all’interno della sostanza grigia e GABAergici (quindi considerati interneuroni). I neuroni multipolari (o stellati) hanno un soma relativamente ampio, poligonale, e da 3 a 5 dendriti primari, che possono essere anche lunghi (in media 650 μm) tra una suddivisione e l’altra dell’rNST, solitamente dalla regione V alla RC o alla formazione reticolare.  Essi sono ricchi di spine (quindi riceverebbero afferenze primarie) e principalmente orientati lungo il piano orizzontale, quindi perpendicolari alla fibre afferenti del tratto solitario, in modo tale da poter ricevere impulsi convergenti. I neuroni allungati (o fusiformi) hanno un distintivo corpo cellulare con due sottili dendriti primari che si proiettano dai poli opposti della cellula, tipicamente lunghi (mediamente 800 μm) privi di spine con un orientamento predominante in senso medio-laterale. Essi sono presenti nei siti di risposta sensoriali in RC e RL: similmente ai multipolari, essi possiedono connessioni con il nucleo parabrachiale e la formazione reticolare. La loro abbondanza nell’RL suggerisce un ruolo giocato da questa cellula nel processamento di informazioni non gustative oro sensoriali.  La popolazione più abbondante è quella dei neuroni ovoidali (quasi il 50%) ma i 3 tipi, pur essendo morfologicamente distinti, non si presentano in gruppi distinti di cellule nel nucleo, non possedendo differenti proprietà biofisiche né diverse risposte ai neurotrasmettitori. Comunque vi è una netta distinzione funzionale: I neuroni ovoidali sono interneuroni, le altre due popolazioni sono neuroni di proiezione. 

References:
King MS. PMID: 21204466