Unica Radio Raccontiamo la città che cambia
Grazie a raffinate tecniche di microscopia, ricercatori della SISSA e
dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle
ricerche (Cnr-Iom) hanno individuato nei bastoncelli lampi di calcio
che nessuno aveva precedentemente visto e nemmeno ipotizzato e che
avvertono della necessità di procedere a un ricambio. Lo studio è
pubblicato su PNAS.
Muoversi nella penombra è difficile ma non impossibile. Ad aiutarci in
questa impresa sono i bastoncelli, un tipo di cellule sensibili
alla luce (fotorecettori) presenti nella retina dei vertebrati,
capaci di rivelare luci bassissime che permettono di muoversi anche
in una cantina o caverna poco illuminate.
Sono meraviglie biologiche in grado di rivelare anche un singolo quanto di luce, ma necessitano di una manutenzione continua.
Sono loro i protagonisti del nuovo
studio pubblicato su PNAS da un team di ricercatori della Sissa –
Scuola internazionale superiore di studi avanzati e dell’Istituto
officina dei materiali del consiglio Nazionale delle ricerche
(Cnr-Iom) che svela nuovi e fondamentali dettagli di come funziona
la retina e in particolare i fotorecettori.
Fotorecettori
Questi sono costituiti da due segmenti: il segmento esterno (SE) ed il segmento interno (SI). Il SE dei bastoncelli è quello dove ha sede la macchina biologica in grado di captare la luce, mentre il SI è responsabile
dell’informazione da trasferire al cervello.
Abbiamo capito che il segmento esterno è più fragile di quello che si
pensava commenta Vincent Torre, neuroscienziato della Sissa alla
guida del team che ha condotto la ricerca: Il SE è costituito da una
pila di dischi lipidici in cui sono inserite le proteine
responsabili della fototrasduzione. Alla base del SE vengono
generati dischi nuovi mentre alla punta del SE vengono eliminati i
dischi usati.
Tradizionalmente si pensava che in una pila composta
da circa 1000 dischi, ci fosse una quasi perfetta uniformità.
Tuttavia, il nostro lavoro mostra che solo i primi 200 o 300 dischi
alla base del SE sono quelli effettivamente capaci di rivelare il
singolo fotone di luce, caratteristica da cui deriva la grande
sensibilità dei bastoncelli. Gli altri dischi posti in prossimità
della punta perdono via via efficacia e sensibilità e per questo
devono essere smaltiti e rimpiazzati con dischi nuovi e in perfette
condizioni?, conclude Torre.
A permettere la comprensione di tali meccanismi è stato il calcio, uno
ione molto presente nei processi biologici, la cui concentrazione
nel SE è un ottimo indicatore della funzionalità ed integrità della
fototrasduzione, il processo con cui i fotorecettori traducono
l’assorbimento della luce in segnali nervosi.
Con nuove sonde ottiche abbiamo misurato la concentrazione e la
distribuzione del calcio nel SE. Usando strumenti di microscopia
ottica avanzata, abbiamo potuto studiare la distribuzione di questo
metallo con una risoluzione e accuratezza senza precedenti, spiega
Dan Cojoc del Cnr-Iom.
Risultati
Ciò che è emerso dalle analisi è che c’è una
maggiore concentrazione di calcio alla base del segmento esterno
rispetto alla punta, cosa che aiuta a capire la struttura del
bastoncello dimostrando la sua non omogeneità, come si pensava fino
adesso.
Un secondo risultato non meno importante è la scoperta di
lampi spontanei del calcio ovvero di rapidi aumenti del calcio. Questi
lampi non sono distribuiti in modo uniforme ma localizzati nelle
punte dei SE, che dimostra l’esistenza di un gradiente funzionale
lungo il SE, una proprietà fondamentale per la transduzione in
fotorecettori di tutti i vertebrati, conclude Cojoc.
Come una spia d’allarme, i lampi di calcio indicano quindi che i
dischi iniziano a non funzionare più al meglio e necessitano di
turnover.
L’articolo è stato inoltre raccomandato a Faculty Opinions
dall’editore di PNAS – come riservato ai contributi più importanti –
con le seguenti motivazioni: Questo interessante articolo utilizza un
nuovo metodo di misurazione del calcio per mostrare che i
cambiamenti di calcio dipendenti dalla luce nel segmento esterno dei
bastoncelli sono maggiori alla base rispetto alla punta?, afferma il
neuroscienziato Gordon Fain della University of California, che
continua: Queste differenze possono riflettere un gradiente di
energia che ha origine dai mitocondri del segmento interno.
Gli autori dello studio fanno anche la sorprendente osservazione che il calcio aumenta spontaneamente sia in punta che alla base (ma più spesso in
punta), così come più raramente nel segmento interno. Questi
aumenti producono improvvisi lampi, ovvero picchi di concentrazione
di calcio, che diminuiscono lentamente per diversi secondi e che
restano locali senza propagarsi all’interno del segmento esterno o
tra il segmento interno ed esterno.
La ricerca, finanziata dalla Sissa e dalla Regione Friuli Venezia
Giulia, offre un importante contributo per la comprensione dell’occhio
e apre interessanti prospettive in ambito biomedico.
