News di Alcologia

Destabilizzazione da cocaina del genoma cerebrale
DIANE RICHMOND
La cocaina (benzoilmetilecgonina, C17H21NO4) è un alcaloide estratto dalle foglie di coca, noto da lungo tempo come

stimolante del sistema nervoso centrale con sede prevalentemente corticale, inibitore dell'appetito ed anestetico locale. E'

nozione farmacologica consolidata che le dosi basse e moderate di cocaina inducono incremento di attività, loquacità,

euforia, sensazione di benessere, resistenza alla fatica e riduzione dell'assunzione di cibo[1]. Con il crescere delle dosi

si ha induzione di attività motoria ripetitiva e comportamenti stereotipati; a dosi ancora maggiori si ha ipertermia,

convulsioni, coma e morte[2].
È intensamente studiata per le gravi conseguenze che determina il suo consumo come sostanza psicotropa d'abuso. È, infatti,

una reinforcing drug[3] che appartiene alla classe degli stimolanti psicomotori[4]. L'azione si esplica principalmente

attraverso l'interazione con le proteine trasportatrici (DAT, SERT, NET) dei neurotrasmettitori monoamminici dopamina,

serotonina e noradrenalina, con inibizione della ricaptazione ed aumento extracellulare del mediatore[5]. L'incremento della

quota delle amine biogene che si possono legare al recettore post-sinaptico è determinato anche da altri effetti dell'

alcaloide, fra cui l'internalizzazione del DAT.
L'iperstimolazione dei recettori delle monoammine porta ad una complessa cascata di eventi post-sinaptici che interessa molte

regioni dell'encefalo e molti sistemi di neurotrasmissione: in sintesi, un adattamento neuronico implicante modificazioni

dell'espressione genica di breve e lungo termine e variazioni funzionali temporanee (incluso lo sviluppo di LTP da parte di

sinapsi eccitatorie sui neuroni dopaminergici della VTA). Questo adattamento implica importanti effetti sulla trasmissione

glutammatergica, sia perché il glutammato ha un ruolo centrale nella plasticità sinaptica - e la compulsione è la conseguenza

di una forma di plasticità alterata - sia perché, in molte regioni cerebrali ad innervazione dopaminica, la regolazione è

determinata da inputs convergenti di glutammato e dopamina, con la catecolamina come neuromodulatore. La trasmissione dei

sistemi a glutammato del nucleo accumbens ha un'importanza critica nel determinare il comportamento di ricerca della cocaina

da parte del ratto reso sperimentalmente dipendente. Infine, ricordiamo che gli effetti psicomotori della cocaina più noti e

studiati, sono mediati dalla segnalazione dei recettori della dopamina D1 e D2 via PKA.
Questa breve esposizione aveva lo scopo di introdurre i lettori non specialisti dell'argomento ad alcuni aspetti fondamentali

nello studio della cocaina, per consentire loro di collocare in un quadro di nozioni di base gli stimolanti risultati

ottenuti da Ian Maze del Fishberg Department of Neuroscience, Mount Sinai School of Medicine (New York), e colleghi di un

gruppo guidato da Eric Nestler[6] (Maze I., et al. Cocaine dynamically regulates heterochromatin and repetitive element

unsilencing in nucleus accumbens. Proceedings of the National Academy of Science USA 108 (7), 3035-3040, 2011).
La ripetuta esposizione alla cocaina induce persistenti alterazioni nelle reti di regolazione trascrizionali di tutto il

genoma, attività di rimodellamento della cromatina e, infine, modifiche dei profili di espressione genica nel circuito a

ricompensa del cervello[7].
Pressoché tutte le precedenti ricerche sono state focalizzate sugli effetti dell'alcaloide sulle regioni eucromatiche attive

del genoma, pertanto ben poco è noto dell'impatto della cocaina sulla regolazione e sul mantenimento dell'eterocromatina nel

cervello adulto.
Nestler e colleghi hanno individuato nei neuroni del nucleo accumbens, struttura-chiave del sistema a ricompensa cerebrale,

un effetto straordinariamente evidente: la cocaina altera in maniera drammatica e dinamica la trimetilazione in lisina 9

dell'istone eterocromatico H3 (H3K9me3)[8].
La sperimentazione ha poi reso evidente un altro dato veramente rilevante. La ripetuta esposizione alla cocaina causa, nell'

area del nucleo accumbens, la persistente riduzione dell'eterocromatizzazione, suggerendo che fra gli effetti di lungo

termine della cocaina vi sia un intervento nella regolazione eterocromatinica.
Per identificare con precisione i loci genici affetti da queste alterazioni, i ricercatori hanno realizzato, sul materiale

biologico proveniente dal nucleo accumbens, una immunoprecipitazione della cromatina seguita da un parallelo e massiccio

sequenziamento del DNA (ChIP-Seq). Le analisi di ChIP-Seq hanno confermato l'esistenza del mark H3K9me3 principalmente all'

interno delle regioni intergeniche del genoma e hanno identificato specifici patterns di regolazione di H3K9me3 indotti dalla

cocaina nelle sequenze genomiche ripetitive.
I decrementi nell'arricchimento di H3K9me3, mediati dalla cocaina, presso specifiche ripetizioni genomiche [ad esempio,

ripetizioni long interspersed nuclear element-1 (LINE-1)] sono stati ulteriormente confermati dall'aumentata espressione nel

nucleo accumbens di elementi ripetitivi di LINE-1 associati a retrotrasposoni[9].
Tale aumentata espressione è evidentemente la conseguenza di patterns globali di destabilizzazione genomica in questa regione

dell'encefalo, causati dalla ripetuta somministrazione di cocaina.
Concludendo, i risultati di questo studio sono molto eloquenti ed aprono una via maestra a futuri studi sulle basi genetiche

ed epigenetiche della dipendenza da cocaina e, più in generale, da sostanze psicotrope d'abuso.

Bibliografia
[1] L'interferenza con i meccanismi fisiologici della fame può, in alcuni casi e in alcune circostanze, determinare l'effetto

paradosso dell'iperfagia.
[2] A questi ben noti effetti acuti si devono aggiungere quelli cronici, che si identificano con i sintomi del danno causato

ai vari distretti dell'organismo: ipersomnìa/insonnia, letargia, fame insaziabile, riduzione dell'attenzione, aumentato

rischio di ictus cerebrale; rinorrea, congestione nasale, disturbi della voce, dispnea, broncospasmo, asma, emottisi; dolori

anginoidi, aumentato rischio di infarto del miocardio, aumentato rischio di morte in cardiopatici, febbre, eosinofilia;

abrasione dentale; disturbi cutanei associati a prurito.
[3] Per rinforzo si intende lo speciale effetto di "stamp in" collegato al piacere ed evolutosi per amplificare, attraverso

la ripetizione, i comportamenti che portano ad ottenere una ricompensa sessuale o alimentare. La proprietà di rinforzare

associazioni apprese di sostanze impiegate compulsivamente ed in grado di causare dipendenza ed effetti tossici alle dosi

efficaci (tossicodipendenza) si attribuisce prevalentemente all'attivazione dei neuroni dopaminergici dei sistemi

mesocorticolimbici ("sistema a ricompensa"). Tali neuroni dall'area tegmentale ventrale del mesencefalo (VTA) proiettano ad

aree corticali e limbiche implicate nell'elaborazione della motivazione, della compulsione e di risposte emotive. Fra queste

aree sembra avere un ruolo particolarmente importante per il rinforzo il nucleo accumbens, che funge da interfaccia fra le

regioni limbiche e corticali implicate nella motivazione, da un canto, e i circuiti motori importanti per l'esecuzione di

comportamenti motivati. Il rinforzo causato dalle sostanze d'abuso è conseguenza di un'interferenza artificiale con sistemi

naturali che si sono evoluti per 1. conservare la specie, attraverso meccanismi di amplificazione dei comportamenti che

favoriscono la riproduzione, e 2. conservare l'individuo, mediante l'amplificazione dei comportamenti che favoriscono l'

assunzione di cibo.
[4] Classe alla quale appartengono anche i derivati dell'amfetamina.
[5] In passato si riteneva la cocaina un inibitore della ricaptazione della sola dopamina, poi, numerosi esperimenti con topi

knockout per gli altri trasportatori, hanno dimostrato l'importanza, per il rinforzo, dell'inibizione anche di SERT e NET (si

ricorda che l'acronimo deriva dalla "E" di epinephrine, equivalente di adrenaline).
[6] Il lavoro ha avuto come editor Solomon H. Snyder (provenienza: The Johns Hopkins University School of Medicine,

Baltimore, MD).
[7] Si invita a consultare la sezione "Note e Notizie" per le numerose recensioni di lavori sui meccanismi molecolari della

dipendenza. La maggior parte degli studi è stata condotta su roditori ai quali era stata indotta dipendenza da cocaina.
[8] La metilazione della lisina 9 sull'istone H3 porta alla formazione di un sito di legame per la proteina principale dell'

eterocromatina, che induce impacchettamento e, quindi, silenziamento.
Si ricorda che sono descritti 5 tipi di istoni comuni: H1, H2a, H2b, H3 e H4. Per auto-aggregazione, H2a, H2b, H3 e H4

formano un ottamero detto ottamero istonico, intorno al quale si avvolge il DNA formando il nucleosoma.
[9] Ricordiamo che i retrotrasposoni costituiscono una classe di elementi genetici trasponibili e, in particolare, sono

segmenti di DNA capaci di trascriversi autonomamente, dando luogo ad un RNA intermedio, e di replicarsi in diverse posizioni

all'interno del genoma.