O CO CH C N CH CH CH COOH CH CH H INTRODUZIONE

INTRODUZIONE

La L-Carnitina è presente ubiquitariamente negli organismi animali principalmente nella sua forma non esterificata, anche se esistono numerosi suoi esteri (acil-carnitina), come l’Acetil-L-Carnitina (ALC) (fig.1), la propionil-L-carnitina, la palmitoil-L-carnitina.

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Figura1. STRUTTURA DELL’ACETIL-L-CARNITINA

E’ un cofattore nell’ossidazione mitocondriale degli acidi grassi (Bahl and Bressler, 1987). La carnitina fa parte del “ sistema della carnitina ” (fig.2) costituito da L-Carnitina libera, acil-carnitina, ALC e da un complesso sistema enzimatico, localizzato a livello della membrana mitocondriale, che comprende: Carnitina Palmitoil Transferasi I-II (CPT I-II), Carnitina/Acil-carnitina Traslocasi (CT), Carnitina Acetil Transferasi (CAT).

Figura 2.SCHEMA DEL “SISTEMA DELLA CARNITINA” NEL MITOCONDRIO ( Per gentile concessione di: Scientific Department SIGMA-TAU )

Il 75 % del fabbisogno di carnitina deve essere assunto con la dieta, mentre il rimanente 25 % deriva dalla sintesi endogena.

La carnitina è sintetizzata a partire da residui di lisina di varie proteine che vengono N-metilati ad opera della S-adenosilmetionina (SAM), formando i corrispondenti residui trimetilati. La trimetillisina viene liberata quando le proteine sono degradate; essa viene idrossilata e quindi idrolizzata, con liberazione di glicina e γ-butirrobetaina aldeide; quest’ultima viene ossidata a γ-butirrobetaina e quindi idrossilata a formare la Carnitina.

Nei mammiferi il rene, il fegato e in misura minore il cervello sono gli unici tessuti in grado di realizzare la sequenza completa delle reazioni di sintesi e quindi di rifornire gli altri tessuti, in particolare quello muscolare e il miocardio, della L-Carnitina necessaria per l’ossidazione degli acidi grassi (Rebouche and Seim, 1998). La carnitina infatti, svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo dei lipidi essendo l’unica molecola vettrice utilizzata dagli acidi grassi per attraversare la membrana mitocondriale.

Gli acidi grassi, a media e a lunga catena, nel citosol sono attivati tramite trasformazione nei corrispondenti esteri del Coenzima A (CoA). Mentre la maggior parte degli acilCoA si forma all’esterno dei mitocondri, la loro ossidazione è intramitocondriale. Poiché la membrana mitocondriale interna è impermeabile al CoA e ai suoi derivati viene utilizzata la carnitina come vettore di gruppi acilici. Sulla superficie esterna della membrana, il gruppo acilico è trasferito alla carnitina dall’enzima CPT I. L’acil-carnitina attraversa la membrana mitocondriale interna ad opera della traslocasi e il suo gruppo acilico è trasferito nuovamente al CoA dalla CPT II.

L’acil-CoA nella matrice mitocondriale è β-ossidato con produzione di Acetil-CoA, questo entra nel ciclo di Krebs con conseguente produzione di ATP. La carenza di L-Carnitina comporta un blocco della β-ossidazione (Edwards et al., 1974). La carnitina, dunque, influenza la disponibilità energetica delle cellule.

La carnitina rilasciata all’interno del mitocondrio può essere acetilata reversibilmente ad opera della CAT, enzima localizzato sulla superficie interna della membrana mitocondriale interna che catalizza il trasferimento del gruppo acetile dall’ Acetil-CoA alla carnitina (Edwards et al., 1974). Lo stesso enzima catalizza anche la reazione inversa, con produzione di acetato, che è un composto chiave nelle interazioni metaboliche tra i neuroni e le cellule gliali ( Sonnewald et al., 1993).

L’ALC è l’estere di carnitina più abbondante nell’organismo umano, in particolare nel cervello (Shug et al., 1982) dove la sua concentrazione è particolarmente alta a livello dell’ipotalamo (Bresolin et al., 1982). L’ALC può essere trasportata dal mitocondrio al citoplasma probabilmente per mezzo della Carnitina Traslocasi (CT), localizzata a livello della membrana mitocondriale interna, mediante un trasporto uniporto (Indiveri et al., 1994). Sono stati identificati dei trasportatori per la L-Carnitina e per la ALC nelle membrane plasmatiche. Essi appartengono alla superfamiglia di trasportatori di ioni organici (Koepsell, 1998). E’ stato dimostrato che la somministrazione di carnitina e ALC porta ad un miglioramento della memoria in pazienti affetti dal morbo di Alzheimer (Malow et al., 1987; Rai et al., 1990). Queste osservazioni suggeriscono che L-Carnitina e l’ALC sono trasportate dal sistema circolatorio al cervello attraverso la barriera emato-encefalica (BEE). Il Sistema Nervoso Centrale (SNC) richiede un’attenta regolazione dell’omeostasi interna, per questo motivo nella BEE esistono diversi sistemi

di trasporto per sostanze nutritive e xenobiotici (Tamai and Tsuji, 2000). Sono stati isolati e caratterizzati trasportatori di cationi organici OCTNs da ratti, da

topi e dall’organismo umano (Wu et al.,1998). Una seconda isoforma, OCTN2, mostra alta affinità per ALC (Km= 8.5 µM) e per la carnitina ( Km=

4.3 µM) (Tamai et al., 1998; Ohashi et al., 1999) e le trasporta attraverso la barriera emato encefalica con un meccanismo Na+-dipendente (Kido et al., 2001). Questi sistemi di trasporto per l’ALC e per la carnitina sono presenti nella BEE di diverse specie.

L’elevata capacità dell’ALC di attraversare la BEE, dimostra come questa sostanza possa agire in modo rilevante su aspetti funzionali del sistema nervoso.

1

Studi compiuti su diversi modelli animali e sull’uomo hanno dimostrato che l’ALC possiede proprietà neuroprotettive, neuromodulatorie e neurotrofiche. Disordini neurodegenerativi (come il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer) possono essere causati anche da un aumento degli stress metabolici dovuti ad una disfunzione mitocondriale, con conseguente formazione di radicali liberi dell’ossigeno (ROS) ( Hinerfeld et al., 2004). Numerosi studi indicano che la funzionalità degli enzimi della catena respiratoria è sensibile allo stress ossidativo, per questo motivo sono state

condotte indagini tramite l’uso di inibitori di specifici complessi di trasporto degli elettroni.

1.1.

L’anormale funzionalità del Complesso I (NADH deidrogenasi) è responsabile dell’insorgenza del morbo di Parkinson e sembra che sia coinvolta anche nel morbo di Alzheimer e nella schizofrenia. Infatti, la somministrazione ad animali di inibitori del Complesso I porta all’insorgenza di tali malattie (Kotake and Ohta, 2003).

Colture di neuroni corticali di ratto sono state esposte all’azione del rotenone, un inbitore del Complesso I, ed è stata misurata la loro sopravvivenza. I risultati dimostrano che questo composto inibisce il trasporto degli elettroni e causa la morte cellulare, ma l’esposizione di tali cellule ad 1 mM di ALC porta ad una riduzione di tale effetto (Virmani et al., 1995).

Una drammatica causa del morbo di Parkinson è stata accertata in tossicodipendenti che usano un derivato della piridina, 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetraidropiridina (MPTP). Un suo derivato, il 1-metil-4 fenilpiridina (MPP+), inibitore del Complesso I, sembra essere tossico per le cellule produttrici di dopamina della substantia nigra. In un recente studio su colture di cellule PC12 è stato dimostrato che MPP+ inibisce la risposta a 3-(4,5-dimetilthiazolo-2-yl)-2,5difeniltetrazoli bromuro (MTT). L’inibizione esercitata dal MPP+ è parzialmente antagonizzata dalla incubazione delle

cellule con ALC (Virmani et al., 2004). Una simile protezione dell’ALC contro MPP+ è stata riscontrata anche in altri tipi di cellule, incluso le cellule del neuroblastoma in roditori (Mazzio et al., 2003), così come in ratti (Steffen et al., 1995). Poiché l’azione tossica del MPP+ è dovuta ad una inibizione mitocondriale, la somministrazione di ALC induce un recupero della funzionalità mitocondriale. L’esatto meccanismo di questa azione non è conosciuto ma è stato ipotizzato che ALC possa svolgere un’azione protettiva delle membrane contro i radicali liberi (Virmani et al., 2004)

1.2

La sclerosi laterale amiotrofica (ALS) è una malattia degenerativa del midollo spinale che interessa le cellule motrici delle corna anteriori del midollo spinale e quelle del fascio piramidale e provoca un’atrofia progressiva dei muscoli fino alla paralisi. La malattia è progressiva, ad evoluzione cronica e letale tra i due e i sette anni di vita, per azione sui centri respiratori bulbari. Comunemente si riscontra una disfunzione del meccanismo della fosforilazione ossidativa, in particolare a carico del Complesso IV (citocromo c ossidasi). Topi mnd (motor neuron degeneration) manifestano lentamente la degenerazione dei motoneuroni e l’analisi dei neuroni corticali ha evidenziato un’alterazione dell’attività degli enzimi mitocondriali in particolare del complesso IV (Bertamini et al., 2002).

Gli effetti dell’ALC sono stati studiati in ratti di 3 mesi compromessi metabolicamente dalla somministrazione di cianuro di sodio (NaCN) che provoca una rapida e forte inibizione della catena mitocondriale del trasporto di elettroni a livello del Complesso IV (Blokland et al., 1993).

Il conseguente breve periodo di ipossia acuta porta ad una incapacità della percezione dello spazio dopo circa 3 minuti. Il trattamento cronico con ALC (75 mg/kg/dì) attenua i deficit comportamentali dovuti alla somministrazione del NaCN. E’ stato ipotizzato che in questi modelli sperimentali di inibizione mitocondriale, l’ALC possa attivare il metabolismo degli acidi grassi, probabilmente aumentando le riserve di gruppi acilici (Arduini et al., 1994; Virmani et al., 1995).

1.3

Il morbo di Alzheimer è riconosciuta come la più comune causa di demenza e da sola è responsabile di circa il 50% di tutte le demenze. I markers patologici di questa malattia sono le placche senili che contengono un core centrale di amiloide circondato da processi neuronali degeneranti. L’accumulo delle placche e la progressione di altri processi patologici porta ad un’estesa perdita neuronale, che viene, in genere, preceduta dalla perdita delle sinapsi.

Studi genetici, patologici e biochimici stanno fornendo importanti indizi riguardanti le basi cellulari e molecolari della malattia di Alzheimer.

Diversi studi hanno esaminato gli effetti di differenti amiloidi (β 40, A1-28 e A1-35) con la concomitante somministrazione di ALC sui neuroni corticali di ratto. L’ALC, così come alcuni antiossidanti tipo la vitamine E, riducono la neurotossicità causata dagli amiloidi (Virmani et al., 2001; Dhitavat et al., 2002).

In uno studio effettuato su 500 pazienti affetti dal morbo di Alzheimer o da altre demenze correlate all’età, è stato concluso che la somministrazione orale di ALC (1,5-3g/dì) può rallentare la progressione della malattia. Infatti, l’ALC è responsabile di numerosi cambiamenti a livello del SNC come, l’aumento della trasmissione colinergica, la stabilizzazione delle membrane, l’aumento dell’energia mitocondriale e la riduzione della quantità di radicali liberi. Questi benefici neuroprotettivi sono stati rilevati principalmente nell’ippocampo, nella substantia nigra, nello striato e nelle zone cerebrali ricche di recettori muscarinici (Calvani et al., 1992).

Un altro studio, effettuato su due gruppi di 7 persone affette dal morbo di Alzheimer sottoposte, un gruppo al trattamento con ALC e l’altro con un placebo per un anno, ha evidenziato gli effetti protettivi e riparativi sulle membrane neuronali. In uno studio analogo, condotto su 40 pazienti trattati per 40 giorni, sono stati osservati miglioramenti in tutti gli aspetti cognitivi, comportamentali ed emotivi (Bonavita, 1986).

normalmente presentano una riduzione dei livelli di questa molecola (Martignoni et al., 1988).

2

Il trattamento con streptozotocina (STREP) determina un’alterazione del metabolismo del glucosio, in ratti, simile a quella osservata in modelli animali con deficit di attenzione e iperattività (ADHD). In giovani ratti, trattati con iniezioni intracerebroventricolari di STREP si è osservato un’alterazione del metabolismo del glucosio, responsabile di sintomi di neurodegenerazione, quali deficits nella percezione delle informazioni spaziali e una riduzione della colina acetiltransferasi (ChAT) nell’ippocampo (Prickaerts et al., 1995). In tale studio è stato dimostrato che il trattamento cronico con ALC (75 mg/Kg/dì) riduce gli effetti indotti dalla STREP indicando che l’ALC produce un aumento delle vie energetiche alternative.

Studi condotti su pazienti diabetici hanno mostrato che l’ALC potrebbe essere utilizzata nel trattamento delle neuropatie diabetiche. La ridotta velocità di conduzione dell’impulso nervoso nelle fibre nervose periferiche è una delle caratteristiche delle neuropatie diabetiche, che sono la conseguenza di disordini metabolici dovuti a iperglicemia o alla mancata produzione di insulina(Young et al., 1993).

Studi elettrofisiologici su pazienti diabetici trattati per un anno con ALC, hanno dimostrato che tale sostanza aumenta la velocità di conduzione

dell’impulso nervoso nelle fibre nervose periferiche ed inoltre riduce il dolore che accompagna questa patologia (De Grandis and Minardi, 2002).

3

In persone normali la somministrazione endovena di ALC determina un innalzamento sia dei livelli di cortisolo che di β-endorfine (Martignoni et al., 1988). Gli effetti dell’ALC sui livelli di cortisolo sono contrastanti, infatti più che determinare un aumento sembra normalizzare la concentrazione di tale sostanza. In persone depresse, in cui questi livelli sono elevati, la somministrazione di ALC riduce i livelli di cortisolo con conseguente miglioramento dell’umore, tanto che alcuni ottengono la remissione della malattia (Gecele et al., 1991).

Poiché la maggior parte degli antidepressivi ha anche un effetto ansiolitico, sono state studiate le risposte al trattamento con ALC in ratti ansiosi confrontate con un gruppo di controllo, trattato con soluzione salina. Il trattamento acuto di ALC (100mg/kg) porta ad una riduzione dell’ansia in questi animali (Levine et al., 2004).

4

I periodi di grande affaticamento a cui vanno incontro i pazienti con sindrome di fatica cronica sono correlati con i bassi livelli serici di ALC, mentre i

periodi di remissione di tale malattia vedono un innalzamento dei livelli di tale sostanza (Kuratsune et al., 1994).

Questi pazienti presentano inoltre bassi livelli di cortisolo e β-endorfine con conseguenti mialgie. La somministrazione endovena di ALC sembra normalizzare i livelli di cortisolo (Martignoni et al., 1988) e ridurre le mialgie, attraverso l’attivazione dei neuroni periferici operata dalle β-endorfine (Blalock, 1994).

Pazienti con sindrome di fatica cronica, sottoposti alla risonanza magnetica presentano una riduzione di volume nella corteccia prefrontale. In particolare, nella corteccia prefrontale destra la riduzione del volume è proporzionale all’intensità della fatica. Questi risultati sono in accordo con una anormale distribuzione dell’ALC in tale zona. L’ALC infatti viene utilizzata come marker biochimico per la diagnosi della sindrome da fatica cronica (Okada et al., 2004).

5

Cambiamenti nella struttura e nella funzione del cervello sono responsabili dei deficit cognitivi associati al normale processo di invecchiamento. Il declino cognitivo è la conseguenza della morte diffusamente distribuita dei neuroni che riguarda più che le regioni corticali i sistemi sottocorticali neurochimicamente specifici.

Indagini elettrofisiologiche confermano che nell’ippocampo anziano la codifica e la plasticità neuronale sono alterate. Il trattamento cronico con ALC, somministrata per via orale, preserva le ultrastrutture caratteristiche e il numero dei contatti sinaptici nell’ippocampo (Bertoni-Freddari et al., 1994). Studi clinici su uomini anziani sottoposti a somministrazione orale di ALC 3g/dì per 40 giorni, hanno permesso di osservare un miglioramento dell’orientamento spaziale, della capacità di giudizio, dello stato dell’umore, della memoria a lungo termine, della cura di sé e della capacità di socializzare (Gambi et al., 1989).

In esperimenti effettuati su ratti di 24 mesi, si è osservato che la somministrazione di ALC antagonizza altri eventi correlati all’invecchiamento come: la diminuzione dell’attività della Na+, K+-ATPasi, la diminuzione della glutatione-S-transferasi, l’aumento della perossidazione lipidica con il conseguente irrigidimento delle membrane plasmatiche e l’accumulo di lipofuscine. Si è infatti visto che l’ALC aumenta l’attività sia della Na+, K+-ATPasi, che della glutatione-S-tranferasi, diminuisce la perossidazione lipidica e l’accumulo di lipofuscine (Kaur et al., 2001).

Studi condotti su topi SAMP8, senescence-acceleration-prone 8 mice, hanno evidenziato che il trattamento cronico di ALC riduce i livelli di perossidazione lipidica, attribuendole così una azione antiossidante. Inoltre si è osservato un miglioramento delle capacità cognitive, sottoponendo i topi in

esame a test cognitivi. Ciò suggerisce che il trattamento cronico con ALC inibisce la disfunzione cellulare dovuta alla perossidazione lipidica

(Yasui et al., 2002).

La teoria dello stress ossidativo attribuisce agli effetti ossidativi dei radicali il deterioramento associato all’invecchiamento (Harman, 1981). Infatti, l’eccessiva produzione di radicali liberi e/o uno squilibrio tra radicali liberi e antiossidanti sono considerati fortemente responsabili del processo di invecchiamento e di alcune malattie neurodegenerative.

6

6.1

Un meccanismo molto studiato è il fenomeno sinaptico chiamato potenziamento a lungo termine (LTP), un persistente incremento nella forza sinaptica, come risulta dalla misurazione dell’ampiezza del potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP), che può essere rapidamente indotto da una breve attività neuronale. Questa forma di plasticità sinaptica è implicata nel processo di memoria in parecchie regioni del cervello ma gli studi si sono principalmente soffermati sull’ippocampo. All’interno dell’ippocampo, la sinapsi più studiata è quella dell’input della collaterale/comminsurale

(Sch/com) di Schaffer ai neuroni piramidali della regione CA1. L’LTP si può descrivere come un potenziamento delle risposte sinaptiche eccitatorie registrate nel campo CA1 dell’ippocampo, in seguito a stimolazione tetanica (treni di 100 stimolazioni a 100 Hz) delle vie afferenti di Schaffer. L’ALC applicata 30 minuti prima della stimolazione tetanica a concentrazioni comprese tra 10 µM e 1 mM, in preparati ippocampali di ratti anziani, determina un aumento della trasmissione sinaptica basale di circa il 20% e dell’LTP di circa il 150%. Questi dati suggeriscono che l’ALC è in grado di aumentare la trasmissione sinaptica eccitatoria in ratti anziani (Castorina et al., 1993).

Il meccanismo di azione dell’ALC sulla trasmissione sinaptica sembra coinvolge i recettori del glutammato NMDA e i recettori muscarinici. Infatti, l’aggiunta di antagonisti dei recettori del glutammato di tipo NMDA riducono significativamente l’aumento del EPSP indotto dall’ALC (Castorina et al., 1993).

La progressiva riduzione età-dipendente del numero dei recettori di tipo NMDA è correlata con la comparsa e lo sviluppo di disturbi della memoria associati all’invecchiamento e ad alcune condizioni patologiche come la demenza. In particolare, si assiste ad una riduzione del 19.5% dei recettori NMDA nell’ippocampo di ratti anziani. Il trattamento per sei mesi con ALC (75 mg/kg/dì) a ratti anziani attenua la perdita neuronale dei recettori NMDA

ratti anziani riduce di poco la perdita neuronale e non ha effetti su ratti giovani. Questi risultati suggeriscono che l’ALC possa esercitare un’azione trofica e neuroprotettiva quando è somministrata cronicamente e un’azione stimolatoria quando è somministrata a singole dosi(Castorina et al., 1994).

6.2

Gli invertebrati sono utili modelli per analizzare gli eventi cellulari e molecolari che riguardano l’apprendimento. Il sistema nervoso di molti invertebrati contiene pochi neuroni ben identificabili, nei quali è possibile studiare in parallelo le attività neuronali alla base di semplici atti comportamentali. E’ così possibile studiare anche i meccanismi alla base di forme elementari di apprendimento non associativo (disabitudine e sensitizzazione) e apprendimento associativo (condizionamento Pavloviano e condizionamento operante).

Studi comportamentali sull’invertebrato Hirudo medicinalis hanno dimostrato che una singola somministrazione di ALC induce cambiamenti comportamentali, in particolare blocca la sensitizzazione e riduce la disabitudine indotte da stimolazione nocicettiva (brushing) nell’induzione al nuoto, dopo 2 ore dalla somministrazione, e che questi effetti permangono per oltre 11 giorni (Zaccardi et al., 2004).

Studi elettrofisiologici hanno analizzato l’effetto dell’ALC sui neuroni tattili di H. medicinalis. Questi neuroni sono localizzati all’interno dei gangli che

costituiscono il sistema nervoso dell’invertebrato. In queste cellule la stimolazione dei campi afferenti o stimolazioni intracellulari evocano una scarica di potenziali d’azione, seguita da una iperpolarizzazione postuma (AHP). AHP è un parametro elettrofisiologico caratteristico di molte cellule nervose sia di vertebrato che di invertebrato.

Nei neuroni tattili T di H. medicinalis, l’AHP è sostenuta dall’attività della pompa Na+,K+/ATPasi, e in modo minore, per circa un 20-25%, dall’attivazione di una conduttanza K+/Ca2+-dipendente (gK/Ca) (Jansen and

Nicholls, 1973; Van Essen, 1973). La ripetuta stimolazione dei neuroni T determina un incremento dell’ampiezza dell’AHP che è sostenuto da un potenziamento dell’attività della Na+,K+/ATPasi. L’incremento dell’ampiezza dell’AHP porta ad una durevole depressione delle connessioni sinaptiche tra le cellule T e i neuroni postsinaptici (Scuri et al., 2002). Ciò ha suggerito che questo fenomeno possa essere coinvolto nella plasticità a breve termine associato a processi di apprendimento non associativo (Zaccardi et al., 2001, 2004). Il trattamento con ALC 2mM determina un prolungato aumento dell’ampiezza dell’AHP, suggerendo un possibile ruolo della pompa elettrogenica Na+,K+/ATPasi nella modulazione della trasmissione sinaptica. Infatti in presenza di apamina, un antagonista del canale K+/Ca2+-dipendente (gK/Ca) (Mozzachiodi et al., 2001), l’ALC è ancora in grado di produrre un

positivamente e in modo sostenuto l’attività della Na+,K+/ATPasi (Scuri et al., 2002).

Tali effetti si registrano anche dopo 11 giorni dal trattamento (Lombardo et al., 2004).

7

L’ALC svolge diversi ruoli neuromodulatori. In preparati cerebrali di ratto e in preparati di membrane sinaptiche è stato dimostrato che l’ALC stimola la sintesi dell’Acetilcolina (Ach) (Gibson et al., 1980; Dolezal et al.,1981; White et al., 1990). In uno studio di microdialisi cerebrale, condotto su ratti svegli e in grado di muoversi, è stato dimostrato che l’ALC incrementa il rilascio di Ach in alcune aree come lo striato e l’ippocampo (Imperato et al., 1989).

La Carnitina Acetil Transferasi (CAT) è importante per la sintesi dell’Ach poiché permette il passaggio dei gruppi acetilidal mitocondrio al citosol, dove Ach è sintetizzata. Nel citosol, infatti, il gruppo acetato proveniente dall’ALC viene trasferito al CoA mediante la reazione catalizzata dal Carnitina Palmitoil Transferasi I (CPT I), presente nella membrana mitocondriale esterna. L’Acetil-CoA così sintetizzato può essere utilizzato per la sintesi dell’Ach dall’enzima colina acetil transferasi (ChAT).

A favore di questi dati sono i risultati ottenuti da studi elettrofisiologici su alcuni eventi coinvolti nell’apprendimento come il potenziale P300 che

rappresenta una risposta neuronale correlata con processi di apprendimento. La somministrazione di scopolamina, un antagonista dei recettori muscarinici dell’Ach, sopprime il P300 e determina una riduzione della memoria a breve

termine. Trattamenti con ALC inducono un aumento dell’ampiezza delle onde P300 e questo suggerisce un ruolo dell’ALC nei processi di apprendimento

(Onofrj et al., 1987).

Inoltre, studi di microiontoforesi hanno dimostrato che l’ALC applicata ai neuroni della corteccia cerebrale di gatti anestetizzati ha un’azione eccitatoria sulle cellule del sistema colinergico. L’atropina, un antagonista dell’Ach, blocca questi effetti dell’ALC (Falchetto et al., 1971).

E’ stata saggiata l’azione dell’ALC su neuroblasti di pollo nei primi tre giorni dall’inizio dell’embriogenesi, periodo in cui queste cellule pluripotenti iniziano la differenziazione e stabiliscono il proprio fenotipo neuronale. I dati ottenuti suggeriscono che l’ALC somministrata durante questo periodo sia in grado di spostare l’espressione fenotipica neuronale a favore del fenotipo colinergico, a spese di quello GABAergico in varie regioni del sistema nervoso centrale.

L’ALC gioca quindi un ruolo neuromodulatorio sul trofismo neuronale durante le prime fasi dell’embriogenesi del sistema nervoso (Kentroti et al., 1992).

8

L’ALC (100 mg/Kg) è un composto comunemente utilizzato anche per il trattamento di neuropatie dolorose. L’ALC sembra indurre cambiamenti plastici del pathway nocicettivo. Un aumento della sensibilità dei neuroni sensoriali, nelle corna dorsali, è comunemente riconosciuto come uno dei meccanismi alla base del dolore cronico. In modelli animali con neuropatie dolorose, la maggiore sensibilità di questi neuroni è dovuta al rilascio di elevate quantità di glutammato, che determina un potenziamento a lungo termine della sinapsi tra la fibra afferente e il secondo neurone nelle corna dorsali. Il potenziamento in questa sinapsi è l’effetto della simultanea attivazione dei recettori metabotropici e NMDA (sensibili all’acido N-metil-D-aspartico) del glutammato (Sandkuhler, 2000). Particolare attenzione è stata prestata ai recettori metabotropici che modulano la trasmissione sinaptica. L’attivazione dei recettori del glutammato di tipo 2 e 3 (mGlu2R e

mGlu3R) è responsabile della ridotta risposta sinaptica nei neuroni delle corna

dorsali (Gerber et al., 2000). Studi condotti su ratti con neuropatie dolorose croniche hanno evidenziato che l’azione analgesica dell’ALC è da attribuire all’up-regulation dei recettori (mGlu2R), nelle corna dorsali del midollo

spinale e nella corteccia prefrontale (Chiechio et al., 2002). In questo stesso studio l’azione analgesica dell’ALC è stata saggiata con successo anche in ratti con dolore acuto. Inoltre, la selettiva regolazione dei recettori mGlu2R è

LY341495, un potente antagonista dei recettori mGlu2R, annulla, dopo circa

un’ora, l’effetto dell’ALC sia in caso di dolore acuto che cronico (Chiechio et al., 2002).

9

E’ stato ipotizzato che l’ALC possa regolare l’espressione genica.

Studi condotti su ratti anziani hanno dimostrato che la somministrazione di ALC causa un innalzamento dei trascritti mitocondriali che codificano per la subunità I della citocromo c ossidasi, sia a livello cardiaco che a livello del tessuto cerebrale (Gadaleta et al., 1990). L’ALC ha scarsi effetti se questo tipo di somministrazione viene effettuata su ratti giovani (Gadaleta et al., 1998).

La sintesi di proteine motocondriali così come la trascrizione del DNA mitocondriale (mtDNA) sono regolati da proteine e fattori di trascrizione codificati da geni nucleari (Attardi and Schatz, 1988). In alcune linee cellulari l’ALC potrebbe modulare l’espressione genica, tramite l’acetilazione dell’istone H4. Due fattori di trascrizione, NRF-1 e NRF-2 possono

riconoscere sequenze presenti in geni codificanti per importanti proteine mitocondriali (Scarpulla, 1996). Alla luce di questi risultati è stato ipotizzato che l’ALC aumenti l’acetilazione dell’istone H4 che a sua volta modula

componente della membrana mitocondriale (Pisano et al., 1996). Effettivamente, la sintesi di cardiolipina è regolata dall’azione di ormoni tiroidei (Hostetler, 1991) e studi condotti su ratti ipotiroidei hanno mostrato che la somministrazione di ALC determina un innalzamento del mtRNA per la subunità I della citocromo c ossidasi a livello epatico.

Dunque, la struttura e la funzione della permeabilità della membrana mitocondriale, che potrebbe essere preservata dall’azione dell’ALC, sembra avere un importante ruolo sulla trascrizione del mtDNA poiché influenza il trasporto di alcuni metaboliti e proteine richieste per la sintesi dell’mtRNA (Fisher et al., 1987).

Gli effetti dell’ALC sulla regolazione dell’espressione genica, a livello cerebrale, è stata recentemente valutata in ratti trattati cronicamente con questa molecola e confrontati con ratti di controllo (Traina et al., 2004). La costruzione di due banche sottrattive di cDNA, utilizzando la tecnica della ibridazione sottrattiva soppressiva (SSH), ha permesso di identificare geni differenzialmente espressi nei due campioni. Da questa analisi è emerso che la isoforma γ, della proteina 14-3-3, è modulata positivamente; la proteina ATP sintasi legante-lipidi è modulata negativamente, invece il gene per la proteina da shock termico, hsp 72 è acceso dal trattamento.