Una ricerca made in Unimore – Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia, coordinata dal dott. Jonathan Mapelli, ha dimostrato uno dei meccanismi della memoria delle cellule del cervello. Il giovane ricercatore del Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze di Unimore ha scoperto una nuova forma di plasticità sinaptica, ovvero il meccanismo cellulare e molecolare della memoria a livello dei circuiti neuronali.
Il cervello è in grado di immagazzinare una grande quantità di informazioni che l’essere umano utilizza per apprendere e ricordare. Tutto questo è possibile grazie alla capacità di “memoria” dei neuroni e delle sinapsi, ovvero delle strutture che mettono in contatto i neuroni tra loro, ed in particolare, è noto, da circa 30 anni, che i neuroni e le sinapsi possono memorizzare segnali biochimici e bioelettrici. Negli ultimi anni sono state identificate diverse forme di plasticità sinaptica, termine con cui viene chiamata la capacità delle cellule nervose di “ricordare”, cioè di modificare la propria attività sulla base dell’esperienza precedente. Ad oggi, tuttavia, non era ancora stato scoperto il meccanismo utilizzato dagli interneuroni inibitori, classe di neuroni ampiamente diffusa in tutto il cervello, per esprimere la capacità di memorizzare informazioni e proprio a questa area cerebrale i ricercatori modenesi hanno rivolto la propria attenzione.
La ricerca, cominciata nel 2014, era indirizzata allo studio dell’attività degli interneuroni GABAergici del cervelletto, struttura cerebrale deputata principalmente al controllo e all’apprendimento della coordinazione motoria e sensoriale. Nel corso degli studi il gruppo di ricercatori modenesi ha scoperto come le interazioni fra neuroni di diverso tipo, presenti nello stesso circuito, possano influenzare reciprocamente la propria attività modificandola in maniera persistente.
“E’ stato evidenziato – afferma il dott. Jonathan Mapelli di Unimore – che le sinapsi inibitorie di tipo GABAergico vengono modificate in maniera persistente dall’attivazione dei recettori glutamatergici di tipo NMDA, localizzati in prossimità delle sinapsi stesse. Questo meccanismo di condizionamento reciproco denominato “plasticità eterosinaptica” è fortemente dipendente dallo stato di attivazione dei neuroni coinvolti ed è particolarmente importante per il mantenimento del corretto rapporto fra i livelli di eccitazione e di inibizione nei circuiti cerebrali. Questo aspetto è di cruciale importanza in diverse patologie neurologiche quali epilessie o cefalee, in cui gli stati di sovra eccitamento di alcune cellule cerebrali non vengono contrastati dal corretto livello di inibizione sinaptica”.
La conoscenza dei meccanismi di funzionamento delle cellule nervose e di come il cervello è in grado di immagazzinare informazioni è un presupposto per la comprensione di come malfunzionamenti delle cellule cerebrali possano dare origine a patologie neurodegenerative quali Alzheimer o Parkinson, in cui la componente cognitiva legata alla memoria risulta seriamente compromessa. Un secondo aspetto molto importante legato alle possibili ricadute di questa scoperta riguarda la ricerca sulle tossicodipendenze, poiché patologie cerebrali legate alle dipendenze fondano il proprio funzionamento sui circuiti formati da degli interneuroni inibitori.
“Sarà molto importante – conclude il dott. Jonathan Mapelli di Unimore – costruire sulla base delle conoscenze acquisite modelli matematici in grado di riprodurre fedelmente il funzionamento delle reti neuronali cerebrali e di prevedere il loro comportamento in condizioni fisiologiche e/o patologiche, con il duplice scopo di acquisire informazioni non accessibili sperimentalmente e a contempo di ridurre l’entità della sperimentazione animale e”.
La scoperta del gruppo di lavoro, coordinata dal dott. Jonathan Mapelli, è stata pubblicata su una delle riviste più prestigiose in ambito scientifico la PNAS – Proceedings of the National Academy of Sciences (USA).
“Le neuroscienze costituiscono un’area scientifica molto attiva in Unimore – commenta il prof. Carlo Adolfo Porro, Direttore del Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze – e questa scoperta del gruppo di ricercatori del nostro dipartimento aggiunge un altro importante tassello alla comprensione dei meccanismi alla base della modulazione delle informazioni all’interno dei circuiti nervosi, argomento di grande interesse sul piano neurofisiologico e traslazionale come ben testimonia la pubblicazione sui PNAS USA”.
Jonathan Mapelli (Merate – CO – 15/10/1976)
Nel 2002 consegue la laurea in Fisica presso l’Università di Milano. Nel 2006 consegue il dottorato di ricerca in Fisiologia e Neuroscienze presso l’Università di Pavia. Dal 2006 al 2010 svolge attività di ricerca post-dottorato presso il laboratorio del prof. D’Angelo dell’Università di Pavia. Nel 2007 è stato ricercatore ospite presso l’“European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy” LENS (Firenze). Dal 2011 ad oggi è ricercatore a tempo indeterminato di Fisiologia presso il Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze all’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia. Dal 2012 è membro del consiglio della scuola di Dottorato in Neuroscienze di Unimore. Il dottor. Mapelli si occupa di Neurofisiologia cellulare con particolare interesse verso lo studio delle dinamiche di attivazione delle reti neuronali e della plasticità sinaptica, sia in condizioni fisiologiche che patologiche. Particolare interesse viene inoltre rivolto allo sviluppo di metodologie di indagine innovative soprattutto nel campo della microscopia avanzata. Si occupa, inoltre, di sviluppare modelli matematici innovativi che simulino il funzionamento dei circuiti cerebrali. E’ autore di circa trenta pubblicazioni ed è titolare di un brevetto internazionale. Nel 2011 ha ottenuto il premio “giovane ricercatore in Fisiologia” dalla Società Italiana di Fisiologia e nel 2015 ha ottenuto il premio “Innovation Grant” da parte dell’Università di Milano Bicocca per un progetto di trasferimento all’industria dei risultati scientifici ottenuti in campo accademico.
