Introduzione alla neurobiologia. Livelli di organizzazione del sistema nervoso. Potenziali elettrici transmembrana. Tecniche di biologia molecolare: ibridomi e anticorpi monoclonali; tecnologia del DNA ricombinante. Tecniche elettrofisiologiche: voltage clamp e patch clamp. [1] [2]

Famiglie di recettori. Recettori ionotropi (nicotinici per l’acetilcolina; per il glutamato; GABA_A) e metabotropi (muscarinici per l’acetilcolina; a-adrenergici e b-adrenergici). Recettori ad attività tirosin-kinase e proteine adattatrici. Potenziali post-sinaptici eccitatori e inibitori. Ruolo eccitatorio e inibitorio del GABA (ritmi circadiani e omeostasi del cloro). [2] [3] [4]

Sviluppo del sistema nervoso. Controllo genetico dell’organizzazione del corpo durante lo sviluppo: fattori di trascrizione, geni omeotici nella Drosophila e nei mammiferi. Neurogenesi negli insetti: il sistema Notch-Delta, fattori di trascrizione della classe basic helix-loop-helix (bHLH); inibizione di Notch mediata da Numb; sviluppo dell’occhio composto della Drosophila. Neurogenesi nei vertebrati: il labbro dorsale del blastoporo come organizzatore, esperimenti di Spemann e Mangold e di Holtfreter (esogastrulazione). Neurogenin, NeuroD e segnalazione di Notch. Differenziamento neuronale: Bone Morphogenetic Protein (BMP) e suoi inibitori. Differenziamento dorso-ventrale del tubo neurale: BMP, Sonic Hedgehog, Patched e Smoothened, il modello di Volpert. Differenziamento antero-posteriore del tubo neurale: formazione del romboencefalo, mesencefalo e telencefalo. Le cellule della cresta neurale. [2] [4-11]

Meccanismi di crescita e di guida assonale. Esperimenti di Sperry sulla proiezione del nervo ottico verso il tetto ottico negli anfibi. Cono di crescita: concentrazione intracellulare di Ca²⁺ e motilità del cono. Laminine e integrine. Molecole di adesione neuronale: N-caderine e N-Cell Adhesion Molecules (N-CAM). Chemoattraenti e chemorepellenti a breve e a lungo raggio nella guida della crescita assonale: interazione Netrin/DCC, TAG-1/NrCAM, Slit/Robo e Slit/Netrin-1. Ephrins e recettori eph: formazione della mappa retinotopica nel tetto ottico. [2] [4] [12-13]

Sopravvivenza dei neuroni. Nerve Growth Factor (NGF). Azione chemotattica del NGF. Recettori neurotrofici a bassa (LNGFR, p75) e ad alta affinità (trk, p140). Vie intracellulari attivate dal NGF. [2] [4] [14-15]

Neurobiologia del comportamento. Analisi del comportamento nell’ambiente naturale e in laboratorio. L’Aplysia come modello sperimentale. Abitudine e depressione sinaptica. Analisi quantale della depressione sinaptica. Sensibilizzazione e facilitazione presinaptica. Analisi quantale della facilitazione sinaptica. Canali del potassio di tipo S. Condizionamento classico. Facilitazione presinaptica attività dipendente. Abitudine e sensibilizzazione a lungo termine. c-AMP Response Elements (CRE) e CRE Binding protein (CREB). Sintesi locale di proteine e cattura sinaptica. Cytoplasmic Polyadenilation Element (CPE) e CPE Binding protein (CPEB). Apprendimento olfattivo nella Drosophila: mutanti e comportamento. Plasticità sinaptica nell’ippocampo: Long Term Potentiation (LTP). Sinapsi silenti. Ossido nitrico e LTP. LTP e memoria spaziale. Limitazione locale e temporale dell’espressione genica: i sistemi Cre/loxP e della tetraciclina. [2] [4] [16-29]

Visione. Struttura della retina nei vertebrati. Bleaching della rodopsina con la luce. Spettro di assorbimento e sensibilità dei coni e dei bastoncelli nel visibile. Origine del potenziale di membrana di riposo nei fotorecettori: la “dark current”. Il meccanismo della fototrasduzione: rodopsina, trasducina, fosfodiesterasi (cGMPàGMP), canali cationici cGMP gated. Meccanismo dell’adattamento nei fotorecettori: il ruolo del Ca²⁺. Trasmissione del segnale dai fotorecettori alle cellule gangliari. Campi recettivi delle cellule bipolari e gangliari. Cellule bipolari di tipo H e D. Cellule gangliari a centro ON e OFF. La trasmissione del segnale dalla retina alla corteccia visiva primaria. Campi recettivi delle cellule della corteccia visiva primaria: cellule semplici (orientamento di una barra luminosa), complesse (orientamento/movimento di un bordo luce/buio) e ipercomplesse (orientamento/movimento e lunghezza di un bordo luce/buio). Architettura funzionale della corteccia visiva: colonne di dominanza oculare e colonne a preferenza di orientamento [2] [4]

Bibliografia

[1] G.M. Shepherd (1994). Neurobiology. Oxford University Press.

[2] J.N. Nicholls, A.R. Martin, B.G. Wallace, P.A. Fuchs (2000). From Neuron to Brain. Sinauer (4^th edition).

[3] C. Hammond (1996). Cellular and Molecular Neurobiology. Academic Press.

[4] E.R. Kandel, J.H. Schwartz, T.M. Jessel (2000). Principles of Neural Science. Mc Graw Hill (4^th edition).

[5] C.S. Goodman, N.C. Spitzer (1979). Embrionic development of identified neurones: differentiation from neuroblast to neurone. Nature 280, 208-214.

[6] P.A. Lawrence, A. Tomlinson (1991). A marriage is consummated. Nature 352, 193.

[7] H. Krämer, R.L. Cagan, S.L. Zipursky (1991). Interaction of bride of sevenless membrane-bound ligand and the sevenless tyrosine-kinase receptor. Nature 352, 207-212.

[8] T.M. Jessel, J.R. Sanes (2000). Development. The decade of the developing brain. Current Opinion in Neurobiology 10, 599-611.

[9] Y. Tanabe, T.M. Jessel (1996). Diversity and Pattern in the developing spinal cord. Science 274, 1115.

[10] D.M. Stone et al. (1996). The tumor-suppressor gene patched encodes a candidate receptor for Sonic hedgehog. Nature 384, 129-134.

[11] V. Marigo et al. (1996). Biochemical evidence that Patched is the Hedgehog receptor. Nature 384, 176-179.

[12] T.M. Gomez, N.C. Spitzer (1999). In vivo regulation of axon extension and pathfinding by growth-cone calcium transients. Nature 397, 350-355.

[13] J.G. Flanagan (1999). Life on the road. Nature 401, 747-748.

[14] R.W. Gundersen, J.R. Barrett (1979). Neuronal Chemotaxis: Chick Dorsal-Root Axons Turn Toward High Concentration of Nerve Growth Factor. Science 206, 1079-1080.

[15] C. Ragsdale, J. Woodgett (1991). trking neurotrophic receptors. Nature 350, 660-661.

[16] T.J. Carew (2000). Behavioral Neurobiology. Sinauer.

[17] V.F. Castellucci, E.R. Kandel (1974). A quantal analysis of the synaptic depression underlying habituation of the gill-withdrawal reflex in Aplysia. Proc. Natl. Acad. Sci. 71, 5004-5008.

[18] D.J. Aidley (1998). The Physiology of Excitable Cells. Cambridge University Press (4^th edition).

[19] V.F. Castellucci, E.R. Kandel (1976). Presynaptic facilitation as a mechanism for behavioural sensitization in Aplysia. Science 194, 1176-1178.

[20] K.C. Martyn et al. (1997). Synapse-specific, long-term facilitation of Aplysia sensory to motor synapse : a function for local protein synthesis in memory storage. Cell 91, 927-938.

[21] J.Z. Tsien et al. (1996a). Subregion-and cell type-restriced gene knockout in mouse brain. Cell 87, 1317-1326.

[22] J.Z. Tsien et al. (1996b). The essential role of hippocampal CA1 NMDA receptor-dependent synaptic plasticity in spatial memory. Cell 87, 1327-1338.

[23] R.B. Darnell (2003). Memory, synaptic translation, and … prions? Cell 115, 767-768.

[24] W.G. Regehr, C.F. Stenens (2001). Physiology of sinaptic transmission and short-term plasticity. In Synapses, 135-175. The Johns Hopkins University Press.

[25] C.H. Bailey et al. (2004). The persistence of long-term memory: a molecular approach to self-sustaining changes in learning-induced synaptic growth. Neuron 44: 49-57.

[26] K. Keleman et al. (2007). Function of the Drosophila CPEB protein Orb2 in long-term courtship memory. Nature Neuroscience 10:1587 – 1593.

[27] T. Mastushita-Sakai et al. (2010). Drosophila Orb2 targets genes involved in neuronal

growth, synapse formation, and protein turnover. PNAS 107:11987-11992.

[28] T.C Sacktor (2011). How does PKMz maintain long-term memory? Nature Reviews Neuroscience 12.

[29] J. Esdin al. (2010). Long-term habituation of the gill-withdrawal reflex in Aplysia requires gene transcription, calcineurin and l-type voltage-gated calcium channels. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 4.