ELECTROPHYSIOLOGICAL EVIDENCE FOR THE INVOLVEMENT OF THE 5-HT SYSTEM IN MULTIPLE SCLEROSIS

Project leaders

Enrico Sanna, Samir Ahboucha

Agreement

MAROCCO - CNRST - Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique

Call

CNR/CNRST 2014-2015

Department

Biomedical sciences

Thematic area

Biomedical sciences

Status of the project

New

Research proposal

La sclerosi multipla (SM) è considerata uno dei più comuni disturbi neurologici ed una delle principali cause di disabilità nel mondo, interessando specialmente individui nella prima fase dell'età adulta. Studi recenti mettono in evidenza come questa patologia sia diffusa in tutti i Paesi del mondo, con un'incidenza di circa 30 casi su 100 mila. L'incidenza maggiore si riscontra nelle aree più a Nord e più a Sud dell'equatore; il numero totale di persone affette da SM è stimato intorno ai 1,3 milioni, con esordio tra i 25 e 31 anni e con un'incidenza nelle donne quasi doppia di quella degli uomini. In Italia si registrano circa 57 mila malati di SM, per un totale di 1.800 nuovi casi all'anno. La regione Sardegna risulta essere quella più colpita da questa patologia (150 malati ogni 100 mila abitanti).
La SM è principalmente una malattia infiammatoria demielinizzante cronica a carattere autoimmunitario che si manifesta con una marcata azione neurodegenerativa caratterizzata da una significativa perdita assonale che può interessare tutte le aree del Sistema Nervoso Centrale (SNC). I pazienti di SM mostrano una significativa perdita assonale e, in misura minore, atrofia della sostanza grigia, demielinizzazione multi-focale, e perdita di oligodendrociti, le cellule gliali del SNC che formano i rivestimenti di mielina degli assoni.
Le attuali terapie con immunosoppressori e immunomodulatori sono mirate principalmente a trattare la componente infiammatoria della patologia, ma indirettamente potrebbero conferire anche neuroprotezione laddove questa sia legata allo stesso danno infiammatorio cronico. Le alterazioni neuronali associate alla SM hanno luogo nelle fasi iniziali della malattia con danni neurologici che vengono riscontrati già nel corso del primo anno successivo alla diagnosi. La presenza del danno assonale nelle fasi precoci della patologia ha suggerito l'ipotesi di patologia assonale come risultato degli eventi infiammatori e ha posto l'accento sulla necessità di un intervento terapeutico focalizzato anche all'aspetto neuroprotettivo.
Le cause biologiche e l'eziologia della SM non sono state ancora chiarite completamente. La fisiopatologia della malattia è particolarmente complessa e coinvolge certamente fattori genetici e ambientali (per esempio l'esposizione a certi metalli, tossine e pesticidi) i quali determinano la suscettibilità a generare una risposta autoimmunitaria che sfocia nel processo infiammatorio e neurodegenerativo. C'è pertanto un sensibile bisogno, condiviso da ricercatori di Paesi diversi, di studiare i possibili meccanismi fisiopatologici alla base del processo neurodegenerativo di demielinizzazione che ha luogo nel SNC nei pazienti affetti da SM. In tal senso, il presente progetto, inquadrato nel programma di intesa internazionale fra Italia e Marocco, si pone come obiettivo quello focalizzare l'attenzione sulla valutazione delle possibili implicazioni dei neuroni serotoninergici del nucleo dorsale del rafe (DRN) e il loro ruolo in tale processo neurodegenerativo. La serotonina (5-HT), infatti, è uno dei neurotrasmettitori maggiormente studiati nel SNC ed è implicata in nuromerose funzioni neuronali. E'rilevante sottolineare come sia la 5-HT sia la SM siano significativamente correlate alla depressione, ed entrambe regolino alcuni processi funzionale del sistema immunitario. Inoltre, sono state descritte significative alterazioni nelle concentrazioni di 5-HT sia nel cervello di pazienti di SM sia di nei modelli animali di SM. Negli stessi modelli animali di SM, è stato anche dimostrato che i livelli di 5-HT sono correlati con la severità della patologia.
In questo progetto, il nostro obiettivo sarà quello di esaminare, applicando una serie di tecniche e protocolli elettrofisiologici, il ruolo del sistema di neurotrasmissione serotoninergica nel DRN nel processo di demielinizzazione in diversi modelli animali di SM.
Il progetto di ricerca che si propone avverrà in collaborazione con il gruppo di ricercatori del Marocco, I° Università di Hassan, diretti dal Prof. Samir Ahboucha, il quale ha già collaborato in passato in maniera attiva e produttiva con il nostro gruppo dell'Istituto di Neuroscienze del CNR di Cagliari. L'impiego di tecnologie e protocolli elettrofisiologici può rappresentare un approccio sperimentale particolarmente vantaggioso per la caratterizzazione delle alterazioni funzionali della neurotrasmissione serotoninergica associate a tale patologia neurodegenerativa. Inoltre, verranno impiegati adeguati modelli animali di SM, come la demielinizzazione indotta farmacologicamente con la somministrazione di cuprizone, così come il modello di encefalomielite cronica autoimmunitaria sperimentale (EAE) nei topi C57BL/6J. Su tali modelli, la sperimentazione sarà focalizzata all'analisi delle alterazioni della trasmissione serotoninergica a livello dei neuroni del DRN, sia in coltura primaria, sia su fettine cerebrali. Il contributo del nostro gruppo sarà quello di mettere a punto i diversi protocolli sperimentali di registrazioni elettrofisiologiche. Queste preparazioni verranno utilizzate per determinare le eventuali modificazioni sia a livello cellulare (singoli neuroni mediante patch-clamp) sia di circuiti/campi neuronali (registrazione extracellulare di potenziali di campo, fEPSP), conseguenti all'induzione sperimentale del danno neurologico.
Un ulteriore e importante obiettivo del progetto sarà, attraverso la messa a disposizione delle tecnologie già esistenti nei nostri laboratori e delle nostre competenze nei settori della Neurobiologia, Elettrofisiologia e Neurofarmacologia, il trasferimento di conoscenze metodologiche al gruppo del Marocco con la creazione e messa a punto di unità di patch-clamp e del training di giovani ricercatori che in seguito saranno in grado di condurre ricerche in modo indipendente.

Research goals

La presente proposta di progetto di ricerca si innesta nel programma di collaborazioni internazionali fra il CNR italiano e strutture di ricerca del Marocco, in particolare con il gruppo del Prof Samir Ahboucha, dell'Università Hassan di Khouribga, e ha come obiettivo principale quello di intraprendere uno studio sulle possibili alterazioni funzionali del sistema di neurotrasmissione serotoninergico a livello del nucleo dorsale del rafe (DRN) nei fenomeni neuro-infiammatori e neurodegenerativi associati alla sclerosi multipla. In particolare, i proponenti intendono di avvalersi di validati modelli animali (topi C57BL/6J) di SM, quali il modello della demielinizzazione indotta da cuprizone e il modello di encefalomielite autoimmunitaria cronica sperimentale (EAE); su tali modelli verranno analizzati, mediante tecnologie elettrofisiologiche (patch-clamp), le alterazioni funzionali della trasmissione serotoninergica e il ruolo dei neuroni del DRN. Un altro importante obiettivo sarà il trasferimento di competenze tecnologiche e scientifiche ai partner del gruppo del Marocco, con la messa a punto di attrezzature (unità elettrofisiologiche di patch-clamp) e di modelli sperimentali (colture neuronali, fettine cerebrali), nonché della formazione di giovani alla sperimentazione neurofisiologica e neurofarmacologica.

Last update: 07/10/2024