Mutazione LRRK2-G2019S all'interfaccia dell'interazione astrocita- neurone durante lo sviluppo post natale e l'invecchiamento
Mutazioni del gene Leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) rappresentano le più comuni mutazioni nelle forme ereditarie di morbo di Parkinson (MP), una tra le più comuni malattie neurodegenerative, caratterizzata dalla morte progressiva dei neuroni dopaminergici mesencefalici (mDAn) della substantia nigra pars compacta (SNpc). La bassa penetranza delle mutazioni di LRRK2, la bassa incidenza della malattia nei parenti, unite all’assenza di neurodegenerazione a carico dei neuroni dopaminergici nei modelli murini di MP-LRRK2, suggeriscono che altri fattori genetici e/o ambientali, quali l’infiammazione ed il processo di invecchiamento, possano contribuire all’insorgenza e progressione della malattia. In particolare, una marcata alterazione del dialogo neuroni-glia potrebbe rappresentare un fattore determinante nella progressiva disfunzione e morte neuronale osservati nella MP. In questo progetto di ricerca, usando animali transgenici (TG) portatori della mutazione umana LRRK2 G2019S (TG-G2019S) e animali “wild type”, WT-LRRK2, applicando tecniche di coltura cellulare “in vitro” unite a modelli animali “in vivo”, abbiamo studiato il ruolo della mutazione umana LRRK2 G2019S durante lo sviluppo postnatale delle interazioni astrocita-neurone e durante il processo di invecchiamento. Utilizzando colture primarie derivate dal mesencefalo di topi WT-LRRK2 e TG-G2019S, abbiamo identificato un ruolo inibitorio chiave degli astrociti LRRK2 G2019S nella crescita e differenziamento dei neuroni dopaminergici tirosina-idrossilasi-positivi (TH+). Lo studio della risposta astrocitaria a stimoli infiammatori/ossidativi (LPS, MPP+), hanno rivelato una iper-reattività degli astrociti TG-G2019S, quando paragonati ad astrociti WT, come mostrato dal marcato aumento del rilascio delle maggiori citochine pro-infiammatorie, specie reattive dell’ossigeno (ROS) e dell’azoto (RNS), unite ad una disfunzione mitocondriale significativa. Infine, la somministrazione neonatale di una dose molto bassa di LPS durante una finestra temporale critica per lo sviluppo dei neuroni nigrostriatali determinava nei topi TG LRRK2-G2019S una marcata astrogliosi nella SNpc unita ad una riduzione significativa dei neuroni TH+ in età adulta, mentre non si osservavano differenze del compartimento sia astrogliale, che neuronale nella SNpc dei topi WT trattati con LPS. Questi dati implicano un ruolo importante di LRRK2 G2019S durante lo sviluppo dei neuroni dopaminergici, suggerendo che una disfunzione del compartimento astrocitario possa causare un aumento della vulnerabilità neuronale responsabile di una ridotta sopravvivenza ed aumento della morte neuronale in età adulta. Nella seconda parte di questa tesi, abbiamo studiato l'interazione tra la mutazione LRRK2-G2019S e l'infiammazione durante l'invecchiamento. A tal fine, topi WT-LRRK2 e TG-G2019S giovani adulti (3 mesi) e di mezza età (7 mesi) sono stati trattati cronicamente con una dose molto ridotta di LPS per 12 settimane, e sacrificati a diversi intervalli di tempo durante il processo di invecchiamento. Nei topi TG-G2019S lo stimolo infiammatorio durante la mezza età determinava una marcata degenerazione dei neuroni TH+, quando paragonata alla degenerazione dei neuroni TH+ osservata nei topi WT-LRRK2. Nei topi TG-G2019S, la morte neuronale si accompagnava ad una marcata astrogliosi ed infiltrazione di macrofagi/monociti periferici nel SNC significativamente superiori rispetto ai topi WT. Di maggiore importanza, la morte dei neuroni TH+ nella SNpc, la marcata astrogliosi e l’infiltrazione di macrofagi e monociti periferici nel SNC erano preceduti dalla significativa attivazione del compartimento immunitario periferico. Nell’insieme i dati implicano un’importante sinergia tra mutazione G2019S, invecchiamento ed infiammazione. Questo nuovo modello preclinico consentirà l'identificazione di fattori chiave nel processo neurodegenerativo dei neuroni dopaminergici, sia a livello centrale che periferico, e sarà utile per identificare eventi patologici precoci ed età-dipendenti della MP, con una rilevanza clinica per lo sviluppo di terapie per la MP.
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