RICERCA ITALIANA     

Neurobiologia della sindrome del cromosoma X fragile: meccanismi coinvolti nell'ipereccitabilita' neuronale

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

La sindrome del cromosoma X fragile (FXS) è una malattia genetica che causa gravi deficit cognitivi. La causa di tale malattia è stata identificata in una mutazione inattivante il gene FMR1 sul cromosoma X. La mutazione abolisce la sintesi della proteina FMRP (fragile X-mental retardation protein), la quale regola il trasporto di vari RNA messaggeri in dendriti e assoni, nonché la loro traduzione proteica. In assenza di FMRP, la sintesi proteica legata agli RNA messaggeri bersaglio della proteina è incrementata o, in ogni caso, disregolata. Studi neuroanatomici hanno dimostrato la presenza di varie alterazioni strutturali, come l’incremento volumetrico dell’ippocampo e la riduzione del lobo temporale, oltre a quelle rilevabili nel cervelletto, caudato e talamo. La morfologia neuronale è pure alterata in questi pazienti, nei quali le spine dendritiche sono allungate e assottigliate. Utilizzando un modello murino di FXS, il topo FRM1-knockout (FMR1-KO), sono state riprodotte alcune delle caratteristiche cliniche principali, come le crisi convulsive. Alla base delle crisi epilettiche osservate potrebbero esservi le alterazioni recentemente dimostrate nei principali sistemi neurotrasmettitoriali, sia di tipo eccitatorio sia inibitori. Infatti, la subunità GluR1 dei recettori AMPA ed il recettore metabotropo di tipo 5 del glutammato sono aumentati nei topi FMR1-KO. Inoltre, è stata riscontrata un’alterazione dei livelli di mRNA per i canali voltaggio-dipendenti del calcio (VGCC >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Massimo Avoli Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo di questo progetto è quello di caratterizzare, in un modello murino (topo FMR1-KO), i meccanismi alla base del fenotipo neurologico della sindrome del cromosoma X fragile (FXS).
Obiettivo #1. Identificare le reti neuronali coinvolte nelle crisi epilettiche causate dalla stimolazione acustica nei topi FMR1-KO, utilizzando il sistema di rivelazione basato sull’espressione dei geni a risposta rapida (c-Fos e FosB).
I topi FMR1-KO presentano crisi convulsive audiogene in funzione del loro stato di maturazione cerebrale (Chen e Toth 2001, Musumeci et al 2007). Neuroni c-Fos-positivi sono stati notati (ma non quantificati) anche nella corteccia acustica e nell’ippocampo (Chen e Toth 2001). Un aspetto non chiarito è con quali reti neuronali si diffondano le crisi. È stata descritta l’attivazione di neuroni localizzati all’interno delle aree deputate a trasmettere l’informazione acustica (Chen e Toth 2001), ma questi circuiti non corrispondono a quelli generalmente coinvolti nella generalizzazione delle crisi epilettiche. Inoltre, altri studi condotti in vitro hanno dimostrato la presenza di foci epilettogeni in aree ippocampali (Chuang et al 2005) e paraippocampali (D’Antuono et al 2003). Ci poniamo perciò l’obiettivo di approfondire dati già pubblicati che suggeriscono una preminenza delle reti neuronali corticali nei FMR1-KO (D’Antuono et al 2003).
Obiettivo #2. Determinare le caratteristiche delle correnti inibitorie fasiche e toniche mediate dal >>>

Risultati parziali attesi

Questo progetto potrebbe dimostrare che: (i) la trasmissione neuronale mediata dall’acido gamma-amminobutirrico (GABA) è alterata in stretto rapporto con la tendenza a sviluppare crisi epilettiche, nel modello murino di sindrome del cromosoma X fragile (FXS); (ii) la modificazione delle correnti inibitorie GABA-A-mediate è causata da un’alterata composizione in subunità recettoriali che, normalmente, sono espresse principalmente nei recettori GABA-A extrasinaptici; (iii) il deficit di neurotrasmissione GABAergica è localizzato nei circuiti cortico-ippocampali dei topi FMR1-KO e contribuisce alla diffusione dell’attività neuronale sincrona alle altre aree cerebrali; (iv) il deficit nella via GABAergica ha anche una componente presinaptica dovuta a variazioni delle correnti calciche mediatrici del rilascio di neurotrasmettitore. Questi esperimenti saranno effettuati in topi FMR1-KO e controlli wild type (WT) di diversa età: (i) gli animali giovani di 3-6 settimane di età forniranno risultati sullo stato dei parametri succitati in un periodo di maturazione delle reti neuronali antecedente la comparsa delle crisi epilettiche; (ii) gli animali adulti di 12-24 settimane di età forniranno risultati sulle reti neuronali che danno origine all’attività epilettica. Questi gruppi di topi FMR1-KO, confrontati con i controlli WT di pari età, produrranno risultati che ci permetteranno di identificare quali delle alterazioni presenti nei modello di FSX siano effettivamente correlate con la >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La sindrome del cromosoma X fragile (FXS) è la seconda causa di ritardo mentale dopo la sindrome di Down. È una malattia genetica (1/4000 affetti di sesso maschile, 1/6000 di sesso femminile) causata dalla mutazione del gene FMR1 sul cromosoma X, nella banda cromosomica Xq27.3 (Oostra e Chiurazzi 2001). Normalmente il gene FMR1 contiene da 6 a 53 ripetizioni del codone CGG. Negli individui affetti da FXS, l'allele FMR1 ha più di 230 ripetizioni del codone CGG. A causa di tale grado di espansione, si verifica la metilazione delle citosine nel promotore del gene FMR1, con conseguente inattivazione dell'espressione del gene FMR1. La metilazione del locus FMR1 provoca, in quel punto, una costrizione con conseguente fragilità del cromosoma X, fenomeno che dà il nome alla sindrome. La mutazione e metilazione del gene FMR1 comporta l'abolizione della sintesi della FMRP (fragile X-mental retardation protein), una proteina legante gli RNA (RNA-binding protein) espressa soprattutto nelle gonadi e nel cervello, i tessuti più colpiti dalla sindrome. Si trova espressa in modo particolarmente elevato nei neuroni, dove funziona da regolatore negativo della traduzione, probabilmente fluttuando fra stati di attività e inattività in funzione del grado di fosforilazione (Antar e Bassell 2003). La proteina FMRP interagisce con più RNA messaggeri e altre proteine al contempo, spostandosi tra il nucleo e il citoplasma cellulare (Miyashiro et al 2003), regolando aspetti essenziali >>>