La maggior parte dei tipi di cellule consuma glucosio come principale fonte di energia; tuttavia, i neuroni metabolizzano prevalentemente il glucosio nella via del pentoso fosfato per produrre equivalenti ridotti sotto forma di NADPH. In alternativa, i neuroni consumano preferibilmente lattato e piruvato derivato dal lattato come substrato energetico mitocondriale. Il modello navetta del lattato astrocita-neurone, un sistema di trasporto del lattato dall’astrocita al neurone tramite trasportatori di monocarbossilati transmembrana (MCT), spiega che l’attività neuronale fondamentale è mantenuta dalla produzione di lattato indotta dalla glicogenolisi e dalla glicolisi negli astrociti. L’identificazione del lattato come substrato energetico per le cellule neuronali pone l’attenzione scientifica sui ruoli più attivi del lattato nel sistema nervoso centrale. Ad esempio, l’importazione di lattato è necessaria per il mantenimento del potenziamento a lungo termine e la forza sinaptica suscitata, l’eccitabilità neuronale e la crescita dei neuriti.
Il lattato promuove la proliferazione e la lunghezza mitocondriale nelle cellule progenitrici della glia radiale, il rilascio di noradrenalina nel nucleo ceruleo e la memoria di apprendimento nell’ippocampo. In particolare, il lattato si accumula nel cervello durante la fase gestazionale, indicando i potenziali ruoli del lattato per lo sviluppo cerebrale e la maturazione neuronale. Sebbene sia possibile che il metabolismo del lattato all’interno delle cellule possa influenzare molti percorsi biochimici, la scienza di base è convinta che una segnalazione cellulare specifica sia responsabile degli effetti dell’acido lattico. In effetti, ora gli scienziati della Tohoku University hanno scoperto il ruolo fondamentale che il lattato svolge nell’aiutare le cellule staminali neurali a svilupparsi in neuroni specializzati, un processo chiamato differenziazione neuronale. Hanno anche scoperto un mezzo attraverso il quale il lattato invia segnali alle cellule, contribuendo a modificare e rafforzare le funzioni neuronali.
I ricercatori hanno testato la loro ipotesi esaminando la regolazione genica delle cellule trattate con lattato quando NDRG3, una proteina precedentemente identificata per mediare la regolazione genica quando è presente il lattato, è stata rimossa dalle cellule modello di neuroblastoma SH-SY5Y. Hanno scoperto che il lattato aiuta con la differenziazione neurale attraverso modi che dipendono da NDRG3 e modi che non lo fanno. Inoltre, hanno identificato che due specifici fattori di trascrizione, TEAD1 ed ELF4, sono controllati sia dal lattato che da NDRG3 durante la differenziazione neuronale. I ricercatori ritengono che le loro scoperte non solo forniscano ulteriori conoscenze di base sul lattato, ma potrebbero servire come base per sfruttare la segnalazione del lattato per incoraggiare l’esercizio o progettare farmaci come un modo per prevenire o controllare le malattie cognitive. Ad esempio, la neurogenesi sregolata si verifica nella depressione e nella demenza senile.
Il professor Ryoichi Nagatomi della Graduate School of Biomedical Engineering dell’Università di Tohoku e leader del gruppo di ricerca, ha commentato le implicazioni della loro scoperta: “Data la crescente evidenza che mostra che il lattato fornisce funzioni di regolazione del segnale in vari tipi di cellule in condizioni fisiologiche e patologiche, abbiamo ipotizzato che il lattato influisce sulla funzione neuronale attraverso il cambiamento dell’espressione genica completa. I nostri risultati forniscono una nuova visione dei meccanismi mediante i quali livelli elevati di lattato sierico indotti dall’esercizio possono influenzare positivamente il sistema nervoso. Inoltre, poiché i cambiamenti nei livelli di lattato causati dall’esercizio fisico possono essere misurati, i cambiamenti di adattamento nella funzione cerebrale, per esempio la cognitività e la memoria, possono essere meglio compresi quando si considerano i cambiamenti dei suoi livelli”.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
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