La mappatura dell'istamina cerebrale collega i fattori genetici alla salute mentale ed ai disturbi psichiatrici. / Brain Histamine Map Links Genetic Factors to Mental Health and Psychiatric Disorders
La mappatura dell'istamina cerebrale collega i fattori genetici alla salute mentale ed ai disturbi psichiatrici. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Brain Histamine Map Links Genetic Factors to Mental Health and Psychiatric Disorders. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.
Uno studio condotto da ricercatori del King's College di Londra e dell'Università di Porto ha mappato il sistema dell'istamina nel cervello. L'istamina, una molecola più comunemente associata alle allergie, svolge un ruolo distinto ma ancora poco compreso nelle funzioni cerebrali. Il nuovo studio colma questa lacuna, realizzando la prima mappa multiscala del sistema dell'istamina che spazia dalla genetica al comportamento ed alle relative condizioni di salute mentale.
I risultati forniscono un nuovo quadro di riferimento per comprendere come questo sistema chimico, spesso trascurato, contribuisca alla funzione cerebrale e potrebbero indicare nuove strategie di trattamento per patologie correlate all'istamina, come depressione, ADHD e schizofrenia. Lo studio è stato finanziato dal National Institute for Health and Care Research (NIHR) Maudsley Biomedical Research Centre.
Daniel Martins, MD, PhD, visiting senior research fellow presso l'Institute of Psychiatry, Psychology & Neuroscience (IoPPN) del King's College di Londra, ha affermato: "Questo lavoro fornisce una base fondamentale per la ricerca futura. Integrando biologia molecolare, neuroimaging ed analisi computazionale, offre una nuova prospettiva su come i sistemi di neurotrasmettitori sono organizzati nel cervello umano. Man mano che le neuroscienze si muovono verso modelli di salute mentale più integrati e personalizzati, la comprensione di sistemi come l'istamina potrebbe rivelarsi essenziale per sbloccare nuovi approcci alla diagnosi ed al trattamento."
Martins è il primo autore corrispondente dell'articolo pubblicato dal gruppo su Nature Mental Health , intitolato " Mapping histamine pathway networks in the human brain across cognition and psychiatric disorders" (Mappatura delle reti del percorso dell'istamina nel cervello umano in relazione alla cognizione e ai disturbi psichiatrici ). Nell'articolo, il gruppo ha concluso: "Questo studio fornisce una caratterizzazione integrata del sistema istaminergico nel cervello umano, sfruttando dati trascrittomici, di neuroimmagine e funzionali per delinearne l'organizzazione molecolare e la rilevanza per la funzione cerebrale alla base della cognizione e dei disturbi psichiatrici".
L'istamina è un neurotrasmettitore, una molecola fondamentale per la comunicazione tra i neuroni, hanno spiegato gli autori. "L'istamina neuronale svolge un ruolo cruciale nella regolazione delle funzioni cerebrali, agendo come neuromodulatore con un'influenza diffusa su molteplici sistemi di neurotrasmettitori". Tuttavia, la ricerca neuroscientifica si è tradizionalmente concentrata sulla comprensione di altri sistemi di neurotrasmettitori come la dopamina e la serotonina.
Come hanno osservato i ricercatori, l'organizzazione dell'istamina nel cervello umano non è ancora completamente caratterizzata. Tuttavia, hanno spiegato, la disregolazione del sistema istaminergico è stata implicata in numerose patologie neuropsichiatriche, tra cui ansia, depressione, schizofrenia e disturbo dello spettro autistico (ASD), nonché in malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la malattia di Huntington. "Pertanto, intervenire sul sistema istaminergico cerebrale ha suscitato notevole interesse come potenziale nuova strategia terapeutica per il trattamento di questi disturbi, con interventi farmacologici volti a modulare l'attività dei recettori dell'istamina che si sono dimostrati promettenti nei modelli preclinici."
L'istamina agisce attraverso quattro recettori noti, responsabili del modo in cui il segnale influenza i neuroni riceventi. Ciascuno di questi recettori (recettore dell'istamina H1 ( codificato da HRH1), H2 ( HRH2), H3 ( HRH3) e H4 (HRH4)) media funzioni distinte. Per il loro studio recentemente pubblicato, Martins e colleghi hanno condotto quella che hanno definito un'analisi multimodale, integrando dati trascrittomici, di neuroimmagine, di sviluppo e funzionali per mappare l'architettura del sistema istaminergico.
Per costruire una mappa completa di come l'istamina agisce nel cervello, i ricercatori hanno innanzitutto combinato dati genetici e molecolari con mappe fisiche del cervello.
Questo ha rivelato quali regioni cerebrali ricevono un maggiore input dal sistema istaminico del cervello e quali parti mostrano una maggiore capacità di rispondere all'istamina. Questi dati molecolari sono stati poi collegati con le immagini di tomografia ad emissione di positroni (PET) dei recettori dell'istamina in individui viventi, nonché con database di neuroimaging funzionale che mappano le regioni cerebrali a specifici processi cognitivi e condizioni di salute mentale. Questo tipo di scansione mostra come funzionano diverse parti del cervello tracciando una piccola quantità di tracciante radioattivo in tempo reale.
I loro risultati hanno mostrato che diversi recettori dell'istamina sono presenti sulle cellule cerebrali che ne aumentano l'attività (eccitazione) o la diminuiscono (inibizione). "I risultati rivelano che i geni istaminergici mostrano profili di espressione cellulare e regionale distinti, in stretta correlazione con la neuroanatomia e la funzione istaminergica note", hanno scritto. "A livello di singola cellula, i recettori dell'istamina H1 e H2 erano arricchiti nei neuroni eccitatori, mentre il recettore dell'istamina H3 mpstrava un'espressione preferenziale nelle popolazioni inibitorie". Ciò suggerisce che l'istamina potrebbe essere importante per mantenere l'equilibrio tra eccitazione ed inibizione, una proprietà fondamentale per una sana funzione cerebrale.
Le regioni cerebrali con una maggiore espressione genica correlata all'istamina sono risultate costantemente associate a processi quali la regolazione emotiva, le risposte allo stress ed alla paura, il processo decisionale, l'impulsività, la ricompensa, il sonno e la memoria.
Le aree del cervello in cui i geni correlati all'istamina risultavano più attivi coincidevano significativamente con le regioni cerebrali note per essere coinvolte in diverse patologie psichiatriche, tra cui il disturbo da deficit di attenzione/iperattività, il disturbo depressivo maggiore, la schizofrenia e l'anoressia nervosa. Ciò è in linea con le precedenti ipotesi che collegano l'istamina a questi disturbi. "Collegando l'espressione genica istaminergica a tipi di cellule cerebrali, sistemi di neurotrasmettitori, domini cognitivi e disturbi psichiatrici, questi risultati correlazionali generano diverse ipotesi riguardanti il ruolo cruciale dell'istamina nell'organizzazione cerebrale, nello sviluppo neurologico e nella salute mentale, che dovrebbero essere prioritarie ed ulteriormente sviluppate da ulteriori ricerche meccanicistiche sperimentali per indagare le relazioni causali", hanno concluso i ricercatori.
Il coautore Daniel Van Wamelen, PhD, docente senior di neuroscienze presso l'IoPPN del King's College di Londra ed uno degli autori dell'articolo, ha dichiarato: "Questo tipo di ricerca è già in corso al King's College di Londra, ad esempio nel progetto iMarkHD. In questo progetto utilizziamo la tomografia a emissione di positroni (PET) per studiare uno specifico recettore dell'istamina (chiamato H3) in persone affette dalla malattia di Huntington, una patologia ereditaria che colpisce il cervello. L'obiettivo è osservare come l'attività dell'istamina cambia in diverse aree del cervello nel tempo e come questi cambiamenti si relazionano a sintomi quali apatia, depressione e ansia."
ENGLISH
A study headed by researchers at King’s College London and the University of Porto has mapped the histamine system in the brain. Histamine, a molecule more commonly associated with allergies, plays a separate but poorly understood role in brain function. The new study addresses this gap, building the first multiscale map of the histamine system which spans from genetics to behavior and related mental health conditions.
The findings provide a new framework for understanding how this often-overlooked chemical system contributes to brain function and could point towards new treatment strategies for histamine-related conditions such as depression, ADHD, and schizophrenia. The study was funded by the National institute for Health and Care Research (NIHR) Maudsley Biomedical Research Centre.
Daniel Martins, MD, PhD, visiting senior research fellow at the Institute of Psychiatry, Psychology & Neuroscience (IoPPN) King’s College London, said, “This work provides a crucial foundation for future research. By integrating molecular biology, brain imaging, and computational analysis, it offers a new perspective on how neurotransmitter systems are organized across the human brain. As neuroscience moves toward more integrated and personalized models of mental health, understanding systems like histamine may prove essential for unlocking new approaches to diagnosis and treatment.”
Martins is first and corresponding author of the team’s published paper in Nature Mental Health, which is titled “Mapping histamine pathway networks in the human brain across cognition and psychiatric disorders.” In their paper the team concluded, “This study provides an integrated characterization of the histaminergic system in the human brain, leveraging transcriptomic, neuroimaging, and functional datasets to delineate its molecular organization and relevance to brain function underlying cognition and psychiatric disorders.”
Histamine is a neurotransmitter, a molecule crucial for neurons to communicate with one another, the authors explained. “Neuronal histamine plays a crucial role in the regulation of brain function, serving as a neuromodulator with widespread influence across multiple neurotransmitter systems.” However, neuroscience research has classically focused on understanding other neurotransmitter systems such as dopamine and serotonin.
As the investigators noted, the organization of histamine in the human brain remains incompletely characterized. However, they explained, dysregulation of the histaminergic system has been implicated in a number of neuropsychiatric conditions, including anxiety, depression, schizophrenia, and autism spectrum disorder (ASD), as well as neurodegenerative diseases including Alzheimer’s, Parkinson’s, and Huntington’s diseases. “Therefore, targeting the brain histamine system has garnered significant attention as a potential new therapeutic strategy for treating these disorders, with pharmacological interventions aimed at modulating histamine receptor activity showing promise in preclinical models.”
Histamine acts through four known histamine receptors, which are responsible for how the signal will influence receiver neurons. Each of these histamine receptors, (histamine receptor H1 (encoded by HRH1), H2 (HRH2), H3 (HRH3) and H4 (HRH4)), mediates distinct functions. For their newly reported study, Martins and colleagues carried out what they described as multimodal analysis, integrating transcriptomic, neuroimaging, developmental and functional datasets to map the architecture of the histaminergic system.
To build a comprehensive map of how histamine acts in the brain, researchers first combined genetic and molecular data with physical maps of the brain.
This revealed which brain regions receive more input from the brain’s histamine system, and which parts show greater capacity to respond to histamine. These molecular data were then linked with positron emission tomography imaging of histamine receptors in living individuals, as well as functional neuroimaging databases that map brain regions to specific cognitive processes and mental health conditions. This type of scan shows how different parts of the brain are working by tracking a tiny amount of radioactive tracer in real time.
Their results found that different histamine receptors were found on brain cells that either turn activity up (excitation) or turn it down (inhibition). “The findings reveal that histaminergic genes exhibit distinct cellular and regional expression profiles, closely aligning with known histaminergic neuroanatomy and function,” they wrote. “At the single-cell level, histamine receptor H1 and histamine receptor H2 were enriched in excitatory neurons, whereas histamine receptor H3 showed preferential expression in inhibitory populations.” This suggests histamine may be important in maintaining the balance between excitation and inhibition, a fundamental property of healthy brain function.
Brain regions with higher histamine-related gene expression were consistently associated with processes such as emotional regulation, stress and fear responses, decision-making, impulsivity, reward, sleep, and memory.
The parts of the brain where histamine-related genes were most active also overlapped significantly with brain regions known to be affected in several psychiatric conditions, including attention-deficit/hyperactivity disorder, major depressive disorder, schizophrenia, and anorexia nervosa. This is in keeping with previous hypotheses linking histamine to these disorders. “By linking histaminergic gene expression to brain-cell types, neurotransmitter systems, cognitive domains and psychiatric disorders, these correlational findings generate several hypotheses concerning histamine’s critical role in brain organization, neurodevelopment and mental health, which further experimental mechanistic work should prioritize and build onto investigate causal relationships,” the investigators concluded.
Martins said, “Current psychiatric treatments largely target neurotransmitters such as serotonin and dopamine, yet histamine interacts closely with these systems and influences their activity. By providing a detailed map of histamine-related pathways, this work suggests new opportunities for developing treatments that target this system more directly, particularly for symptoms such as cognitive dysfunction, fatigue, and impaired motivation.
While these findings do not establish a direct causal role, they suggest that histamine signalling may contribute to regional vulnerability in these disorders. This aligns with a growing view in psychiatry that mental health conditions arise from disruptions across interacting brain systems rather than a single chemical imbalance.”
This new map paints a neural picture of a previously lesser-studied molecule. It opens up future avenues of research into exactly what histamine is doing in various cell types and parts of the brain.
“We want to emphasise that these findings are hypothesis-generating and based on large-scale datasets that capture patterns rather than direct mechanisms,” commented senior author Steve Williams, PhD, professor of neuroimaging at IoPPN King’s College London. Future studies will focus on testing how histamine signaling changes in living individuals, for example through pharmacological interventions or longitudinal imaging approaches.
Co-author Daniel Van Wamelen, PhD, clinical senior lecturer in neuroscience at IoPPN, King’s College London and one of the authors on the paper said: “This kind of work is already taking place at King’s College London, for example in the iMarkHD project. In this project we use Positron Emission Tomography scans to study a specific histamine receptor (called H3) in people with Huntington’s disease, an inherited condition that affects the brain. The goal is to see how histamine activity changes in different parts of the brain over time, and how these changes relate to symptoms such as apathy, depression, and anxiety.”
Da:
https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/brain-histamine-map-links-genetic-factors-to-mental-health-and-psychiatric-disorders/
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