Добірка наукової літератури з теми "Neurodegenerazione"

Il ruolo del drenaggio cerebrale nella patogenesi delle malattie neuroinfiammatorie/ neurodegenerative rimane in gran parte sconosciuto. Molto recentemente è stato identificato un vero e proprio sistema linfatico del sistema nervoso centrale (SNC). Una componente rilevante è costituita dal cosiddetto sistema g-linfatico (nomenclatura derivata dal ruolo fondamentale della glia) del cervello, che consente di drenare il liquor cerebro-spinale e l'accumulo di macromolecole e tossine dal parenchima cerebrale rispettivamente al sistema venoso ed ai linfatici meningei e cervicali profondi. Queste recenti scoperte consentono ora di ipotizzare un ruolo cruciale del sistema di drenaggio emo-linfatico del SNC nella neuroinfiammazione e/o nella neurodegenerazione. In questo articolo vengono riportate le conoscenze più attuali che legano la fisiopatologia del sistema g-linfatico del SNC alle patologie neurodegenerative (Parkinson, Alzheimer, sclerosi multipla, ecc.). Vengono infine esposte possibilità e limiti di alcune opzioni terapeutiche, in ottica Pnei, mirate al miglioramento del flusso della linfa cerebro-spinale.

La malattia di Parkinson è sempre stata considerata come squisitamente neurologica e caratterizzata da neurodegenerazione per l'accumulo della proteina a-sinucleina nella substantia nigra. Tuttavia, diversi studi mostrano come lo stato di salute dell'intero organismo possa influenzare il processo di accumulo dell'a-sinucleina tramite processi bottom-up, fra cui la neuroinfiammazione. Inoltre, che il corpo sia così centrale nel curare persone con Parkinson è mostrato anche dalle ricerche sull'interocezione, ovvero quel processo tramite cui l'organismo percepisce cosa sta accadendo al suo in- terno al fine di meglio rispondere alle sfide ambientali. In caso di Parkinson, questo processo risulta alterato con conseguenze negativa sulla sensomotricità. A tal proposito, la letteratura scientifica mostra molteplici vie per agire sui processi di regolazione biologica in caso di malattia di Parkinson, e fra queste un ruolo importante lo giocano l'educazione sensorimotoria e le terapie manuali, le quali hanno la possibilità di agire sulle vie interocettive e sull'equilibrare i livelli di infiammazione sistemica, in particolare intestinale.

<p>High blood pressure and cognitive impairment often coexist in old age, but their pathophysiological association is complex. Several longitudinal studies have shown that high blood pressure at midlife is a risk factor for cognitive impairment and dementia, although this association is much less clear in old age. The effect of blood pressure lowering in reducing the risk of dementia is only borderline significant in clinical trials of older subjects, partly due to the insufficient follow-up time. Conversely, dementia onset is associated with a decrease of blood pressure values, probably secondary to neurodegeneration. Prognostic effect of blood pressure values in cognitively impaired older subjects is still unclear, with aggressive blood pressure lowering being potentially harmful in this patients category. Brief cognitive screening, coupled with simple motor assessment, are warranted to identify frail older subjects who need a more cautious approach to antihypertensive treatment. Values obtained with ambulatory blood pressure monitoring seem more useful than clinical ones to predict the outcome of cognitively impaired older subjects. Future studies should identify the most appropriate blood pressure targets in older subjects with cognitive impairment. </p><p><strong>Riassunto</strong></p><p>Ipertensione arteriosa e decadimento cognitivo spesso coesistono in età avanzata, sebbene la loro associazione sia complessa dal punto di vista fisiopatologico. Diversi studi longitudinali hanno mostrato che elevati valori pressori in età adulta rappresentano un fattore di rischio per decadimento cognitivo e demenza, sebbene tale associazione sia molto meno chiara in età avanzata. L’effetto della terapia antiipertensiva è risultato ai limiti della significatività statistica nel ridurre il rischio di demenza negli studi di intervento su soggetti anziani, in parte a causa della durata insufficiente del follow-up. D’altra parte, l’insorgenza di demenza è associata con una riduzione dei valori pressori, probabilmente secondaria alla neurodegenerazione. L’effetto prognostico dei valori pressori in anziani con decadimento cognitivo non è stato ancora chiarito, in presenza di un possibile effetto dannoso di un trattamento antiipertensivo aggressivo in questa categoria di pazienti. Un breve screening cognitivo, associato con una semplice valutazione motoria, è raccomandato per identificare gli anziani fragili, che necessitano di un approccio più cauto alla terapia antiipertensiva. I risultati del monitoraggio della pressione arteriosa nelle 24 ore sembrano più utili della misurazione clinica per predire la prognosi degli anziani cognitivamente compromessi. Studi futuri dovrebbero identificare gli obiettivi pressori più appropriati nel trattamento di anziani con decadimento cognitivo.</p>

L’obiettivo del presente lavoro è stata l’identificazione di un ruolo per il recettore degli estrogeni (ER) nel neurosviluppo e nella neurodegenerazione, con particolare attenzione al coinvolgimento delle cellule gliali. E’ noto che gli estrogeni influenzano lo sviluppo, la maturazione ed il differenziamento dei neuroni nel sistema nervoso centrale, e che i suoi recettori mostrano un picco di espressione durante le fasi precoci di neurosviluppo. La zona subventricolare del cervello di topo adulto è una ricca fonte di progenitori neurali. Questi possono essere mantenuti in coltura, in un mezzo chimicamente definito contenente il fattore di crescita epidermico (EGF), sottoforma di neurosfere, che possono differenziarsi in neuroni e glia quando piastrate su laminina in assenza di EGF. Il presente studio ha mostrato che gli ER sono espressi nelle neurosfere sia in sospensione che in adesione, ed in particolare ER mostra un picco di espressione durante le fasi più precoci del differenziamento della neurosfera (6-24 ore). Il trattamento con 17-estradiolo 10nM (17-E2) non influenza significativamente la proliferazione nelle neurosfere in sospensione, ma modifica il differenziamento già dopo 6 ore di piastratura su laminina, con un significativo aumento della percentuale di neuroblasti PSA-NCAM-positivi e, successivamente, a 3 giorni, con un aumento nel numero di neuroni MAP2-positivi. Il trattamento con 17-E2 induce inoltre un aumento nella percentuale di cellule GFAP-positive ed un aumento dei livelli proteici di GFAP, con un effetto marcato a 24 ore di piastratura. In uno studio parallelo, è stata valutata la capacità della glia di mediare gli effetti neuroprotettivi degli estrogeni. Il 17-E2 esercita infatti effetti protettivi anche verso la tossicità da beta-amiloide (AP). Al fine di valutare il coinvolgimento degli astrociti in tale fenomeno, il terreno di coltura condizionato da astroglia pre-trattata con 17-E2 per 4 ore, è stato trasferito su neuroni corticali puri trattati per 24 ore con AP25-35 25M. I risultati ottenuti hanno mostrato una aumentata vitalità dei neuroni corticali, effetto che non appare modificato dal trattamento con l’antagonista dei recettori per gli estrogeni ICI 182,780 addizionato direttamente ai neuroni. Il TGF-1 è stato identificato quale fattore solubile responsabile della neuroprotezione indotta dal 17-E2. I livelli di TGF-1 intracellulare e rilasciato aumentano infatti in seguito al trattamento con 17-E2, ed il contenuto intracellulare di TGF-1 nelle cellule positive si riduce, suggerendo che il 17-E2 stimoli prevalentemente il rilascio di tale citochina. Infine, l’incubazione con anticorpo neutralizzante anti-TGF-1 incide significativamente sulla riduzione della morte neuronale indotta dal terreno condizionato da astrociti trattati con 17-E2. Nell’insieme, i risultati ottenuti puntano verso un ruolo chiave dei recettori degli estrogeni nel neurosviluppo e nella neuroprotezione, ed identificano la glia come target primario per l’azione degli estrogeni.
The aim of the present study was the identification of a role for estrogen receptor (ER) in neurodevelopment and neurodegeneration, focusing on the involvement of glial cells. Estrogen is in fact known to affect development, maturation and differentiation of neurons in the central nervous system and its receptors exhibit a peak of expression during early phases of neurodevelopment. The subventricular zone of the adult mouse brain is a source of progenitor cells which can be grown as neurospheres in a chemically defined medium supplemented with epidermal growth factor (EGF), and are able to differentiate into neurons and glia when plated on laminin in the absence of EGF. The present study has indicated that ERs are expressed by both floating and adherent neurospheres, with ER showing a peak of expression during the earlier phases of neurosphere differentiation (6-24 hrs). Treatment with 10 nM 17-Estradiol (17-E2) did not significantly affect proliferation in floating neurospheres, but modified progenitor differentiation as early as 6 hours after plating on laminin, with a marked increase in the percentage of PSA-NCAM-positive neuroblasts, and later on at 3 days post-plating with an increase in MAP2-positive neurons. Treatment with 17-E2 also increased the number of GFAP-positive cells and the levels of GFAP protein with a major effect at 24 hours. In a parallel study, the ability of glia to mediate the neuroprotective effect of estrogen has been evaluated. 17-E2 is known to exert neuroprotective activity also against ß-amyloid (ßAP). To evaluate the involvement of astroglia in this effect, the conditioned medium from astrocytes preexposed to 17-E2 for 4 h was transferred to pure rat cortical neurons challenged with 25M AP25-35 for 24 h. The results obtained have shown an increased viability of cortical neurons. This effect is not modified by treatment with the estrogen receptor antagonist ICI 182,780 added directly to neurons. TGF-1 has been identified as the soluble factor responsible for 17-E2-induced neuroprotection. Accordingly, the intracellular and released levels of TGF-1 are increased by 17-E2 treatment, and the intracellular content of TGF-1 in immunopositive cells is reduced, suggesting that 17-E2 stimulates mainly the release of the cytokine. Finally, incubation with a neutralizing anti-TGF-1 antibody significantly modifies the decrease in neuronal death induced by 17-E2 -treated astrocyte-conditioned medium. Taken together these results point to a key role for estrogen receptor both in neurodevelopment and neurodegeneration and identify glia as a major target for estrogen action.

Il danno mitocondriale è associato a molte malattie neurodegenerative, quali: Parkinson, Alzheimer e Sclerosi Laterale Amiotrofica. Queste malattie sono associate anche a cambiamenti di isoforme tramite splicing alternativo di alcuni geni. In questo lavoro dimostriamo che il danneggiamento mitocondriale modula lo splicing alternativo in maniera generale. Cellule di neuroblastoma umano sono state incubate con l’agente chimico paraquat (una neurotossina che danneggia i mitocondri e crea stress ossidativo) e analizzate mediante RT-PCR per il pattern di splicing di 13 geni. Tutti gli mRNAs soggetti a splicing alternativo mostrano un’incremento dell’isoforma più piccola in maniera dose e tempo dipendente. Al contrario degli esoni alternativi, gli esoni costitutivi non cambiano dopo induzione con il paraquat. Dai dati ottenuti usando altre droghe, si evince che la modulazione dello splicing alternativo è correlata con il danno mitocondriale e la conseguente mancanza di ATP. Linee cellulari non neuronali non mostrano gli stessi cambiamenti nello splicing, indicando una selettiva suscettibilità delle cellule neuronali. Dato che una significativa percentuale di mRNAs di mammiferi è sottoposta a splicing alternativo, abbiamo ipotizzato che il danneggiamento mitocondriale causi uno squilibrio tra le varie isoforme dando un importante contributo alla neurodegenerazione. Con lo scopo di identificare eventuali targets farmacologici, abbiamo cercato di capire quale sia la via di trasduzione del segnale che trasmette lo stress mitocondriale al macchinario dello splicing. Due classi di proteine determinano la selezione dei siti di splicing: la famiglia delle proteine SR e la famiglia delle proteine hnRNP; entrambe regolate dalla fosforilazione, che è importante per la loro attività. Le proteine hnRNP ed SR sono state purificate da cellule di neuroblastoma umano di controllo e trattate con paraquat e studiate mediante un approccio sub-proteomico. Mentre le proteine hnRNPs non mostrano cambiamenti, le proteine SR sembrano essere down regolate e defosforilate in seguito a trattamento con il paraquat. Infine, utilizzando diversi inibitori che coinvolgono diversi pathway presenti nella cellula, abbiamo dimostrato che il calcio ha un ruolo nella via di trasduzione del segnale che stiamo osservando. I dati ottenuti non sono ancora conclusivi, ma sicuramente hanno dimostrato una correlazione fra la neurodegenerazione e lo splicing alternativo e hanno posto le basi per capire il modo in cui lo splicing alternativo è modulato nei neuroni in risposta a stimoli esterni.
Mitochondrial damage is linked to many neurodegenerative deseases, such as Parkinson, Alzheimer and Amyotrophic Lateral Sclerosis. These diseases are linked to changes in the splicing pattern of individual mRNAs. Here, we test the hypothesis that mitochondrial damage modulates alternative splicing, not only of a few mRNAs, but in a general manner. We incubated cultured human neuroblastoma cells with the chemical agent paraquat (a neurotoxin that interferes with mitochondrial function, causing energy deficit and oxidative stress) and analysed the splicing pattern of 13 genes by RT-PCR. For each alternatively spliced mRNA, we observed a dose and time dependent increase of the smaller isoforms. In contrast, splicing of all constitutive exons we monitored did not change after paraquat treatment. In addition, we prove that the modulation of alternative splicing by using different drugs correlates with ATP depletion, not with oxidative stress. Such drastic changes in alternative splicing haven’t been observed in cell lines of non-neuronal origin, suggesting a selective susceptibility of neuronal cells to modulation of splicing. Since a significant percentage of all mammalian mRNAs undergoes alternative splicing, we predict that mitochondrial failure will unbalance a large number of isoform equilibriums, thus permitting an important contribution to neurodegeneration. To identify possible drug targets, we tried to understand which is the signal trasduction trasmitting the mitochondrial damage to the splicing machinery. Two classes of proteins determine splice site selection: the hnRNP and the SR proteins. Both of them are phosphorylated and phosphorylation is important for their activity. We have purified hnRNPs and SR proteins from both paraquat-treated and human neuroblastoma control cells and we have studied them with a sub-proteomic approach. While the maps of paraquat-treated and control hnRNPs do not show up significant modifications, the SR proteins appear hypophosphorylated and downregulated by paraquat treatment. Finally, using different inhibitors involving different pathways in the cell, we demonstrate that calcium has a role in the signal trasduction that we are observing. The obtained data are not yet conclusive, but certainly have shown us a correlation between the neurodegeneration and Alternative Splicing. They have laid down the foundation for understanding the way by which the Alternative Splicing is modulated in neurons depending on external stimuli.

La Nicotinamide MonoNucleotide AdenililTrasferasi (NMNAT) è l’enzima chiave per la biosintesi del NAD+, sia nella via de novo che in quelle di recupero (salvage pathways). Nelle vie di recupero, l’NMNAT consente alla cellula di rigenerare il coenzima dalla vitamina B3 (niacina) o PP (Pellagra Preventing) assunta attraverso fonti esogene o ottenuta metabolicamente dalla degradazione intracellulare del dinucleotide stesso. Catalizzando il trasferimento dell’adenilato dall’ATP all’NMN, la forma mononucleotidica della vitamina B3, l’enzima porta alla formazione di PPi e NAD+. Il NAD+ è coinvolto nella cellula in vitali funzioni redox e non redox e la sua carenza è associata ad una vasta gamma di patologie nell’uomo, tra cui malattie neurodenegerative. È stato scoperto che la proteina chimerica WldS, proveniente da una mutazione spontanea sul cromosoma 4 nel ceppo murino C57BL/6J, è in grado di ritardare la degenerazione assonale. La porzione enzimaticamente attiva della proteina chimerica è l’omologo murino dell’enzima umano NMNAT1, una delle 3 isoforme note di NMNAT nei mammiferi che catalizzano la biosintesi del NAD+ in diversi distretti cellulari. Diversi lavori pubblicati hanno mostrato la capacità delle 3 isoforme di conferire protezione in varia misura, anche se non concordano su quale sia l’isoforma responsabile della protezione dalla neurodegenerazione. Per chiarire i meccanismi molecolari alla base del fenomeno sono state studiate proprietà cinetiche e molecolari delle 3 isoforme NMNAT note da mammifero. Tale studio ha permesso di mettere a punto un saggio di determinazione individuale della loro attività applicabile direttamente a estratti tissutali grezzi. Tale saggio consente di rilevare in maniera diretta le alterazioni a carico delle singole isoforme, già osservate in varie patologie cronico-degenerative riguardanti il sistema nervoso, nella pellagra e in stati patologici cellulari definiti “pellagra-like”, strettamente connessi alla carenza nutrizionale della vitamina PP.
Nicotinamide MonoNucleotide AdenylylTransferase (NMNAT) represents the key enzyme of NAD+ biosynthesis, both in de novo and salvaging pathways. For salvage in particular, cellular NMNAT allows regeneration of the coenzyme from vitamin B3 (niacin) or PP (Pellagra Preventing) precursors, available either exogenously or endogenously from intracellular metabolic NAD+ consumption. By catalyzing a transfer reaction of the adenylyl moiety from ATP to NMN, i.e. the mononucleotide form of vitamin B3, the enzyme allows the production of PPi and NAD+. In the cellular environment, NAD+ is involved in important redox and not redox functions, and its deficiency is related to a number of human diseases, among which neurodegenerative diseases in particular. In such context, the protein chimera WldS, arising from spontaneous mutation on chromosome 4 of mouse strain C57BL/6J, has been discovered as an essential neuroprotective agent. In such protein chimera, the enzymatically active fragment is represented by the murine homologue of the human enzyme NMNAT1, one of the three known NMNAT isozymes in mammals accounting for NAD+ biosynthesis in different subcellular compartments. Several papers recently showed a general enzyme capability of conferring neuroprotection but disagreement on which isoform is mainly responsible for such phenotype. In the attempt to clarify the underlying molecular mechanism we investigated on the molecular and kinetic properties of the three known NMNAT isoforms in mammals. This study allowed to develop a novel assay procedure for their individual activity determination directly in crude tissue extracts. This discrimination assay permits a direct measurement of the isoform-specific alteration observed in several chronical and pathological diseases of the nervous system, as well as in pellagra and “pellagra-like” diseases, directly related to nutritional deficiency of vitamin PP.

This doctoral dissertation aims to explore the in vivo role of Positron Emission Tomography (PET) imaging along the dementia continuum, from the preclinical to the prodromal and to the overt dementia phase, to provide a comprehensive picture of the mechanisms underlying neurodegeneration. Evidence in individuals with genetic risk to develop Alzheimer’s dementia suggests that the pathophysiological process leading to neurodegeneration starts years before the clinical diagnosis of dementia. For this reason, it is crucial to investigate biomarkers at the earliest possible stage of dementia. Mild Cognitive Impairment, pre-Mild Cognitive Impairment, and Subjective Cognitive Decline represent conditions with an increased risk of developing Alzheimer’s disease and other dementias, but some individuals will remain stable over time, and others will return to normal cognition. To correctly classify these subjects has significant therapeutic and prognostic repercussions. We investigated the diagnostic and prognostic role of FDG-PET in identifying subjects at risk for developing dementia and individuals with a favorable prognosis. We coupled brain metabolism information with in vivo pathological, structural, cerebrospinal fluid, and neuropsychological and neuropsychiatric data to improve diagnostic classification and predictive accuracy. We also explored the role of in vivo neuroinflammation in different stages of neurodegeneration, including Alzheimer’s disease dementia and Mild Cognitive Impairment. Neuroinflammation is a potential driver of neurodegenerative changes in several conditions, but its beneficial or detrimental role depends on the disease stage. Overall, our results confirm that the preclinical and prodromal stages of neurodegenerative dementias are heterogeneous states, and biomarkers assessment helps to classify or exclude individuals along the trajectory of neurodegeneration.
L'obiettivo di questa Tesi di Dottorato è di indagare il ruolo della PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) come metodica di studio di soggetti appartenenti al continuum della demenza, dalle fasi preclinica e prodromica fino alla fase di demenza conclamata, per svelare i meccanismi che sottendono la neurodegenerazione. Lo studio di soggetti con rischio genetico di sviluppare demenza di Alzheimer ha portato all’evidenza che i processi patologici responsabili della neurodegenerazione hanno inizio anni prima delle manifestazioni cliniche della demenza. Per questo motivo è fondamentale identificare ed analizzare i marcatori di malattia il più precocemente possibile. Le condizioni di Mild Cognitive Impairment, pre-Mild Cognitive Impairment e Subjective Cognitive Decline includono soggetti con un rischio aumentato di sviluppare demenza rispetto alla popolazione generale, anche se molti di questi individui resteranno stabili nel tempo ed alcuni torneranno allo stato cognitivo iniziale. La corretta stratificazione di questi individui ha quindi importanti ripercussioni prognostiche e terapeutiche. Abbiamo pertanto indagato il ruolo diagnostico e prognostico della PET-FDG nell’identificare soggetti a rischio di demenza e soggetti con prognosi favorevole. I dati relativi al metabolismo cerebrale sono stati correlati a marcatori di patologia, strutturali, liquorali, neuropsicologici e neuropsichiatrici, per ottenere un’elevata accuratezza diagnostica e prognostica. E’ stata inoltre indagata la presenza di neuroinfiammazione in soggetti in diverse fasi di demenza neurodegenerativa, dalla demenza di Alzheimer alla fase di Mild Cognitive Impairment. La neuroinfiammazione è un importante attore nei cambiamenti degenerativi della demenza, ma il suo ruolo, protettivo o deleterio, dipende della fase di malattia. Nel complesso, i nostri risultati confermano che le fasi preclinica e prodromica di demenza sono condizioni eterogenee, e lo studio dei biomarcatori è necessario per identificare (o escludere) soggetti nella traiettoria della neurodegenerazione.

Hunter Syndrome (mucopolysaccharidosis type II, MPS II) is an inherited metabolic disease belonging to the wide group of lysosomal storage disorders (LSDs), including nearly 50 different pathologies. Although individually rare, these pathologies have a collective incidence from 1:4000 to 1:7000 live births, depending on the analyzed population. Most LSDs are due to single, or more rarely multiple, deficit of lysosomal enzymes, responsible of macromolecules degradation. Unmetabolized substrates result in multiorgan and multisystem diseases, which in the vast majority of the patients seriously affect also the central nervous system. Very little is known on LSDs pathophysiology and even less on the determinants of their neurological impairment. Since ERT (enzymatic replacement therapy) is getting promising results only in treatment of the LSDs without neurological involvement, because the enzyme cannot efficiently cross the blood brain barrier, more attention should be put in handling the cognitive and behavioral components of these pathologies. In this scenario, the comprehension of the neurological pathogenesis of these diseases, and in this specific case, of Hunter syndrome, becomes mandatory. Such understanding, although quite complex, might allow, among others, the development of new specific therapeutic strategies targeted to the brain. In this pre-clinic investigation, the murine MPS II model was used for a complex molecular analysis through high-throughput technology. RNAs from two different brain areas, cortex and midbrain, have been analyzed with next generation sequencing, by using SOliD® (Sequencing by oligo ligation and detection) technology. Although this technology is considered the most specific for RNA sequencing, it has not been extensively used so far due to its very high costs and to the complexity of the data analysis requiring advanced bioinformatics competence and a good capacity of software handling. RNA sequencing is a very powerful technology that, in contrast to microarray, can point out every single cellular transcript indistinctly. This work is a comparative study between brain areas derived from the IDS-knock-out and the healthy control mice. Data obtained, after alignment and filtration, have been classified according to Gene Ontology Domains, and analyzed by functional categories. The analysis has clearly pointed out the involvement of a wide group of genes and pathways implicated in neurological processes. Altered structures and cellular functions have been highlighted both through the analysis of terms that have the same alteration in the two cerebral areas and, in a more specific way, through the analysis of terms related to each area. This approach can underline genes whose altered expression is directly related to the cell pathological condition and, at the same time, genes with differential expression, representing instead specific pathways for the function of the brain area considered. Also the detection of alterations in genes involved in some common neurodegenerative diseases (as Parkinson’s and Alzheimer’s) could be very interesting; common pathways could be hypothesized for the disease development or as a consequence of the pathological state. The last part of this work has focused on some selected pathways that have been chosen as the most interesting candidates for the pathogenesis of the disease: heparan sulphate binding protein, calcium homeostasis, oxidative stress, autophagy, axon guidance, neuroinflammation, correlation with other neurodegenerative diseases and the growth hormone. A significant endocellular alteration, due to progressive increase of glycosaminoglican deposits and also of secondary deposits as gangliosides, could justify the involvement of proteins related to calcium metabolism, detected by the present analysis; since calcium plays an important ubiquitous messenger function in different biological processes, its role of leitmotiv in many pathways emerging from this analysis is not surprising. In conclusion, although very complex, the analysis here presented has highlighted the great power of this technology, due to its ability to detect, not only pathways obviously related to this disease, but also non-suspected pathways, whose role in the determination of the pathological condition has not been yet clarified.
La Sindrome di Hunter (o Mucopolisaccaridosi di tipo II, MPS II) è una patologia ereditaria appartenente al più vasto gruppo delle malattie da accumulo lisosomiale (Lysosomal Storage Disorders, LSDs), comprendente quasi 50 diverse patologie. Tali patologie, sebbene individualmente molto rare, presentano un’incidenza complessiva che va da 1:4000 a 1:7000, a seconda della popolazione considerata. Le LSDs, che risultano per lo più da deficit singoli, e più raramente multipli, di enzimi lisosomiali deputati alla degradazione di molecole complesse, sono devastanti malattie multiorgano e multisistemiche che, in buona parte dei casi, comprendono un coinvolgimento neurologico grave. Poco è noto tuttora sulla patofisiologia di queste sindromi e, ancor meno, sulle cause del loro deficit neurologico. Nel momento in cui alcune di queste patologie trovano finalmente beneficio dall’applicazione della terapia enzimatica sostitutiva, risalta maggiormente la problematica del trattamento della componente cognitiva e comportamentale. Essa infatti non trova beneficio da questi nuovi approcci terapeutici, poiché gli enzimi impiegati non sono in grado di attraversare la barriera emato-encefalica. Nasce da qui la necessità di comprendere la patogenesi neurologica di queste sindromi e, nel caso specifico di questo lavoro, della sindrome di Hunter. Tale comprensione, seppure molto complessa, potrebbe consentire, tra le altre cose, lo sviluppo di specifiche strategie terapeutiche mirate al cervello. In questo lavoro di ricerca preclinica, il modello murino per la MPS II è stato impiegato per effettuare una valutazione molecolare complessa attraverso l’impiego di tecnologie high throughput. RNA derivati da 2 aree cerebrali, la corteccia e il mesencefalo, sono stati analizzati mediante next generation sequencing, impiegando la procedura SOLiD® (Sequencing by Oligo Ligation and Detection). Questa tecnologia, seppure estremamente indicata proprio per il sequenziamento dell’RNA, è stata finora poco utilizzata a questo scopo, a causa dei costi ancora piuttosto elevati, ma soprattutto, a causa della complessità dell’analisi che richiede notevoli competenze bioinformatiche e capacità di gestione dei software. Il sequenziamento dell’RNA è una tecnologia estremamente potente in grado di evidenziare, a differenza della tecnica del microarray, tutti i trascritti cellulari in maniera indistinta. Il lavoro qui presentato è un’analisi di tipo comparativo tra le aree cerebrali dell’animale knock-out per l’IDS e le corrispondenti aree dell’animale sano di controllo. I dati, dopo la fase di allineamento e di filtrazione, sono stati classificati secondo i domini della Gene Ontology e analizzati in base alle principali categorie funzionali. L’analisi ha chiaramente evidenziato il coinvolgimento di molti geni e di parecchie vie specificamente implicati in processi neurologici. L’alterata struttura e funzione cellulare sono state evidenziate sia in modo generico, attraverso analisi di termini ugualmente alterati nelle due diverse aree cerebrali, sia in modo specifico, all’interno di ciascuna area cerebrale. Ciò consente di mettere in risalto i geni la cui alterata espressione è direttamente correlata allo stato di accumulo patologico della cellula e i geni con espressione differenziale che, invece, rappresentano pathways specifici per le funzioni svolte da quell’area cerebrale. Molto interessante potrebbe risultare anche l’alterazione di geni implicati in alcune comuni patologie neurodegenerative croniche quali il morbo di Alzheimer e di Parkinson. Vie comuni potrebbero essere ipotizzate per l’instaurarsi delle malattie o come conseguenza dello stato patologico. La parte finale dell’analisi ha preso in considerazione le vie di segnale e le correlazioni più interessanti, alcune delle quali già precedentemente considerate come potenziali candidati nella patogenesi delle malattie da accumulo lisosomiale: l'eparan solfato binding protein, l'omeostasi del calcio, lo stress ossidativo, il processo dell’autofagia, l'axon guidance, la neuroinfiammazione, la correlazione con altre malattie neurodegenerative e l'ormone della crescita. Una forte alterazione del comparto endocellulare dovuta al progressivo, patologico aumento dei depositi primari di glicosaminoglicani, ma anche di quelli secondari quali i gangliosidi, potrebbe giustificare il coinvolgimento delle proteine implicate nel metabolismo del calcio cellulare, rilevato da questo lavoro. Essendo poi il calcio un messaggero ubiquitario coinvolto in differenti processi biologici non stupisce il ruolo di filo conduttore in molti pathways, evidenziato da questa analisi. In conclusione, seppure fortemente complessa, l’analisi intrapresa in questo studio ha evidenziato le enormi potenzialità della procedura, dovute alla sua caratteristica capacità di mettere in luce, oltre a processi correlati in modo sospetto alla patologia, anche pathways non sospetti o la cui implicazione nella determinazione dello stato patologico non sia ancora stata definita.