Ossitocina, il peptide di nove aminoacidi che le neuroscienze non smettono di studiare

Pochi peptidi hanno una biografia così affollata come l'ossitocina. È la molecola del parto e dell'allattamento, ma da vent'anni è anche una delle protagoniste delle neuroscienze sociali, con esperimenti su fiducia, memoria dei volti e legami di coppia. Vale la pena raccontare che cos'è, che cosa ha scoperto la ricerca e perché la qualità del materiale sperimentale conta quanto l'idea dell'esperimento.

Nove aminoacidi e un ponte disolfuro

L'ossitocina è un peptide corto: nove aminoacidi, con una sequenza che si impara in fretta (cisteina, tirosina, isoleucina, glutammina, asparagina, cisteina, prolina, leucina, glicina) e un ponte disolfuro tra le due cisteine che chiude parte della catena in un anello. Viene prodotta nell'ipotalamo e rilasciata dalla neuroipofisi, ma agisce anche all'interno del cervello, dove i suoi recettori sono distribuiti in aree legate all'emozione e al comportamento sociale, come l'amigdala e il nucleo accumbens.

Fu il chimico americano Vincent du Vigneaud a determinarne la sequenza e a sintetizzarla in laboratorio nel 1953, un lavoro che gli valse il Nobel per la chimica nel 1955. Da allora l'ossitocina che si usa negli esperimenti è quasi sempre sintetica: stessa sequenza, stessa struttura, ma prodotta senza passare da tessuti animali.

Il gioco della fiducia di Zurigo

Il momento in cui l'ossitocina è uscita dai manuali di fisiologia per entrare nella conversazione pubblica ha una data precisa. Nel 2005 un gruppo dell'Università di Zurigo guidato da Michael Kosfeld ed Ernst Fehr ha pubblicato su Nature uno studio in cui volontari che avevano ricevuto ossitocina o placebo partecipavano a un gioco economico basato sull'affidare denaro a un partner sconosciuto. Chi aveva ricevuto il peptide affidava all'altro somme più alte. Secondo gli autori l'effetto non dipendeva da una maggiore propensione al rischio, ma riguardava specificamente le interazioni con altre persone.

Quello studio ha aperto un filone enorme: nel decennio successivo centinaia di lavori hanno esplorato il rapporto tra ossitocina e riconoscimento delle emozioni, empatia, cooperazione, appartenenza al gruppo. Il quadro che ne è emerso è più articolato dell'etichetta di "ormone dell'amore" scelta dai giornali all'epoca, ma la molecola resta un riferimento obbligato per chiunque studi il cervello sociale.

Arvicole, legami di coppia e memoria sociale

La parte forse più affascinante della ricerca sull'ossitocina si deve a un piccolo roditore del Midwest americano, l'arvicola delle praterie (Microtus ochrogaster). A differenza di quasi tutti i mammiferi, forma coppie stabili: i due partner condividono il nido e crescono insieme i piccoli. Negli anni Novanta il gruppo di Thomas Insel e Sue Carter ha mostrato che, nelle femmine, l'ossitocina somministrata direttamente nel cervello accelera la formazione della preferenza per il partner anche in assenza di accoppiamento, un risultato pubblicato sul Journal of Neuroendocrinology nel 1994. La linea di lavoro portata avanti da Insel e da Larry Young ha poi collegato la distribuzione dei recettori dell'ossitocina e della vasopressina alla diversità dei comportamenti di attaccamento tra specie vicine.

Il topo ha aggiunto un tassello altrettanto chiaro. Nel 2000, su Nature Genetics, Jennifer Ferguson, Young e Insel hanno descritto topi privi del gene dell'ossitocina che riconoscevano gli odori senza problemi ma non ricordavano i propri simili incontrati poco prima: una sorta di amnesia sociale, che scompariva se il peptide veniva reintrodotto nel cervello.

I modelli animali dell'autismo

Da qui il passo verso lo studio dell'autismo è stato breve. Se l'ossitocina regola riconoscimento e memoria sociale, che cosa succede nei modelli animali in cui il comportamento sociale è alterato? Nel 2015 un gruppo dell'Università della California a Los Angeles ha pubblicato su Science Translational Medicine un lavoro su topi con la mutazione del gene Cntnap2, associato all'autismo nell'uomo. Questi animali avevano meno neuroni produttori di ossitocina nell'ipotalamo e interagivano poco con i conspecifici; l'ossitocina somministrata dall'esterno, così come la stimolazione del suo rilascio endogeno, ripristinava le interazioni sociali. Il peptide è qui insieme strumento sperimentale e indizio sui meccanismi.

Come lavora un laboratorio con l'ossitocina sintetica

Nella pratica, l'ossitocina destinata alla ricerca arriva come polvere liofilizzata in fiale e viene impiegata in tre grandi famiglie di esperimenti. In vitro, su cellule che esprimono il recettore dell'ossitocina, per misurare i segnali intracellulari (calcio, proteine G, vie di fosforilazione) e per confrontare analoghi e antagonisti. Su fettine di cervello, per registrare come cambia l'attività elettrica dei neuroni dell'amigdala o dell'ippocampo. E nei modelli animali, dove il peptide serve a studiare comportamento sociale, ansia, cura della prole. Ai saggi di legame con ossitocina marcata resta il compito di mappare dove la molecola si lega.

Purezza, identità e riproducibilità

Un laboratorio che sceglie un lotto di ossitocina per i propri esperimenti guarda prima di tutto a due numeri. Il primo è la purezza in cromatografia liquida (HPLC), con un valore di riferimento pari o superiore al 99%. Il secondo è l'identità, confermata per spettrometria di massa: il peso molecolare atteso dell'ossitocina è di circa 1007 dalton e una differenza di pochi dalton può rivelare un ponte disolfuro non formato o un'ossidazione. Sono dettagli che spiegano perché due gruppi, con lo stesso protocollo, arrivino a volte a risultati diversi.

Per questo i laboratori europei tendono a rivolgersi a fornitori dentro l'Unione, con spedizione tracciata e documentazione analitica per lotto. Pepcore, fornitore con sede nei Paesi Bassi, è un esempio: spedisce peptidi per la ricerca in Italia con tracciamento, dichiara una purezza =99% (HPLC) e mette a disposizione il certificato di analisi su richiesta. In un campo dove la riproducibilità è la vera moneta, sapere esattamente che cosa c'è nella fiala è il primo passo di ogni esperimento.

I prodotti citati sono destinati esclusivamente all'uso in laboratorio e alla ricerca, non all'uso umano o veterinario.

Fonti

Kosfeld et al. (2005). Oxytocin increases trust in humans. Nature.

Williams et al. (1994). Oxytocin administered centrally facilitates formation of a partner preference in female prairie voles (Microtus ochrogaster). Journal of Neuroendocrinology.

Ferguson et al. (2000). Social amnesia in mice lacking the oxytocin gene. Nature Genetics.

Peñagarikano et al. (2015). Exogenous and evoked oxytocin restores social behavior in the Cntnap2 mouse model of autism. Science Translational Medicine.