The endocannabinoid system in critical neurodevelopmental periods: Focus on its role in the pathophysiology of schizophrenia as neurodevelopmental disorder [Il sistema endocannabinoide nei periodi critici del neurosviluppo: Focus sul suo ruolo nella fisiopatologia della schizofrenia come disturbo dello neurosviluppo]

INTRODUZIONE: Il periodo intrauterino, l’infanzia e l’adolescenza sono periodi cruciali, in cui l'esposizione a diversi insulti (infezioni, sostanze d’abuso come la Cannabis, inquinanti ambientali, ecc.) combinata con fattori di rischio genetici potrebbe influenzare lo sviluppo del sistema nervoso centrale (SNC), determinando alterazioni delle funzioni cognitive, emotive e sociali in età adulta, che sono i tratti distintivi comuni di diverse psicopatologie, tra cui la schizofrenia (SCZ). Insieme a forti prove a sostegno del coinvolgimento del sistema endocannabinoide nella fisiopatologia della SCZ, questa tesi si è posta l’obiettivo di studiare il ruolo del sistema endocannabinoide (EC) nello sviluppo cerebrale e il potenziale terapeutico della modulazione farmacologica precoce del sistema endocannabinoide come trattamento preventivo della SCZ. Metodi- Per gli studi sugli animali: Modelli animali per gli esperimenti condotti in età prenatale/perinatale: Modello gestazionale di esposizione all’ acetato di metilazossimetanolo (MAM) [giorno gestazionale (GD) 17, 22 mg/kg, per via intraperitoneale, i.p.] (ratti di sesso maschile), modello di esposizione prenatale al delta-9-tetraidrocannabinolo (THC) (GD 5-GD 20, 2 mg/kg/die, per via sottocutanea, s.c.) (ratti di entrambi i sessi ), modello di esposizione prenatale al cannabidiolo (CBD) (GD 5-GD 20, 10 mg/kg/die, per via sottocutanea, s.c.) (ratti di entrambi i sessi ), (modello di esposizione perinatale al THC (GD 5-PND 7, 5 mg/kg/die, per via orale, o.s.) (ratti di sesso maschile), trattamento precoce con antagonista/agonista inverso CB1-AM251 [dal giorno post-natale (PND) 2-PND 8, 0,5 mg/kg/die, i.p.] (ratti di sesso maschile); Modelli animali per gli esperimenti condotti durante il periodo adolescenziale: Modello di esposizione adolescenziale al THC (PND 29-PND 39, dosi crescenti 2,5-5-10 mg/kg/die, i.p.) (ratti di sesso maschile), trattamento durante l’adolescenza con antagonista del recettore/agonista inverso CB1-AM251 (PND 19-PND 39, 0,5 mg/kg/die, ip) (ratti di sesso maschile), trattamento durante l’adolescenza con aloperidolo, antipsicotico tipico (HAL) (PND 19-PND 39, 0,6 mg/kg/die, i.p.) (ratti di sesso maschile); Per la caratterizzazione comportamentale: sono stati esaminati i seguenti riflessi neonatali: raddrizzamento, avversione alle altezze, posizionamento degli arti anteriori, presa degli arti anteriori, tenuta della barra e reazione geotattica negativa al fine di valutare la maturazione cerebrale, il tono/equilibrio muscolare e l’ integrità del cervelletto, sono stati analizzati nel test dell'andatura, la discriminazione degli odori del nido in un nuovo ambiente è stata valutata tramite il test del comportamento di ricerca del nido, l'attività locomotoria spontanea è stata esaminata nel test in campo aperto (OFT), l'attività sociale nel test di interazione sociale (SIT) e la performance cognitiva nel test di riconoscimento del nuovo oggetto (NORT); Per l'analisi biochimica abbiamo misurato in regioni selezionate a livello cerebrale/intero cervello: 1) i livelli di cannabinoidi endogeni e dell’acido chinurenico (KYNA) mediante cromatografia liquida e spettrometria di massa, mRNA di elementi del sistema EC e dopaminergico (DA), mediante reazione quantitativa a catena della polimerasi in tempo reale, 3) espressione proteica di elementi del sistema EC, mediante analisi western blot, 4) meccanismi epigenetici: metilazione del DNA a livello di regioni regolatorie CNR1 (gene codificante per il recettore cannabinoideo CB1) e DRD2 (gene codificante per il recettore dopaminergico D2) mediante pirosequenziamento. Abbiamo anche quantificato il livello di leucociti periferici presenti nel sangue, rispettivamente linfociti, monociti e granulociti mediante la tecnica di citometria a flusso; Metodi- Per gli studi sull'uomo: Per l'analisi biochimica abbiamo misurato 1) la metilazione del DNA a livello delle regioni regolatorie di CNR1 e DRD2 in campioni di saliva di soggetti psicotici mediante pirosequenziamento. Risultati (studi sugli animali): Abbiamo trovato nella corteccia prefrontale (PFC) di ratti esposti prenatalmente al MAM e prenatalmente/perinatalmente al THC deficit comportamentali come il deterioramento cognitivo nel NORT e la ridotta interazione sociale nel SIT durante l'adolescenza e/o l'età adulta. Inoltre, abbiamo trovato l'alterazione della segnalazione DA (in termini di espressione del recettore D2/D3 della dopamina) ed endocannabinoidea (in termini di espressione del recettore cannabinoideo CB1), che abbiamo attribuito a cambiamenti nella metilazione del DNA in regioni geniche regolatorie chiave. Queste anomalie erano precedute in età neonatale da riflessi neonatali ritardati e/o aumento del livello cerebrale dell’endocannabinoide 2-AG. La comparsa di deficit simil-schizofrenici indotta dall’ esposizione al MAM nei ratti adulti è stata prevenuta dal trattamento precoce (età neonatale) con AM251. Il deficit cognitivo nei ratti MAM adulti, che era associato a livelli aumentati di KYNA nella PFC, è stato revertito anche dal trattamento (in età peripubertale) con AM251 ma non dal trattamento con HAL. L'esposizione prenatale al CBD ha avuto un impatto meno negativo sullo sviluppo neurologico rispetto al modello di esposizione al THC prenatale (caratterizzato da disturbi sociali e cognitivi nei ratti maschi e femmine) poiché ha causato anomalie in età neonatale (ritardi nei riflessi neonatali) e compromissione sociale nel SIT solo nei ratti maschi. I ratti adolescenti esposti prenatalmente al CBD (maschi e femmine) presentavano un'espressione alterata dei recettori D2 ma non dei recettori CB1. Il trattamento con THC negli adolescenti da solo, ha causato una compromissione del comportamento sociale nel SIT, ma non della performance cognitiva nel NORT. Il trattamento con THC negli adolescenti è stato in grado di trattare le alterazioni comportamentali dannose in termini di deficit cognitivi nel modello MAM in età adulta e non ha esacerbato gli effetti dannosi causati dall'esposizione perinatale al THC nei ratti adulti. Risultati (studi sull'uomo): Abbiamo trovato un aumento significativo della metilazione del DNA a livello del promotore del gene CNR1 e del promotore del gene DRD2 in soggetti psicotici. Abbiamo anche dimostrato che i livelli di metilazione del DNA erano più bassi nei soggetti psicotici che riportavano il consumo corrente del delta-9-tetraidrocannabinolo (THC), nello specifico, erano simili a quelli dei controlli almeno per il gene DRD2. Conclusioni: L'esposizione al MAM o al THC durante i periodi critici della vita per il neurosviluppo (cioè età pre/perinatale e/o adolescenza) provoca alterazioni nel comportamento (disturbi sociali e cognitivi) e nei meccanismi molecolari ovvero: alterazioni del sistema EC/DAergico, alterazioni dei livelli cerebrali di acido chinurenico e di alcuni meccanismi epigenetici (metilazione del DNA) che sono sempre preceduti in età neonatale da ritardi nello sviluppo neurologico che riflettono i risultati riscontrati nei pazienti psicotici supportando il valore traslazionale di questi modelli. La regolazione dei geni CNR1 e DRD2 ha un ruolo chiave nella psicosi; pertanto, i livelli di metilazione del DNA in specifici siti CpG di tali geni, potrebbero rappresentare potenziali biomarcatori in soggetti psicotici che non consumano THC. L'esposizione prenatale al CBD produce fenotipi neuropsichiatrici nei roditori incluse alterazioni del sistema immunitario, il che contraddice la convinzione pubblica di lunga data, che il CBD sia un'alternativa terapeutica efficace e sicura al THC durante la gravidanza. Nella maggior parte degli studi preclinici condotti, sono stati utilizzati roditori di sesso maschile. L'unico studio condotto su prole di sesso maschile e femminile è stato quello in cui abbiamo indagato l'esposizione prenatale al THC e CBD. Tuttavia, non possiamo escludere potenziali effetti legati al genere nel modello MAM e nel modello THC perinatale/adolescenziale; pertanto, saranno necessari ulteriori studi per chiarire le risposte comportamentali e molecolari riguardanti tali modelli. In sintesi, i nostri risultati sottolineano il ruolo critico del sistema endocannabinoide durante i periodi di sviluppo cerebrale fetale/neonatale e adolescenziale. Nell'ambito traslazionale, i nostri risultati supportano ulteriormente la modulazione del sistema endocannabinoide come possibile strategia preventiva o terapeutica nella SCZ.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• DI MARTINO, SERENA

Contributors dc:contributor

• MICALE, VINCENZO

• MAM and THC animal model
• neonatal age
• adolescence
• schizophrenia
• cannabidiol
• AM251
• preventive treatment
• endocannabinoid system
• cannabinoid CB1 receptor
• dopamine D2 receptor
• Kynurenic acid
• DNA methylation
• modello animale MAM e THC
• età neonatale
• adolescenza
• schizofrenia
• cannabidiolo
• trattamento preventivo
• sistema endocannabinoide
• recettore cannabinoideo CB1
• recettore dopaminergico D2
• acido chinurenico
• metilazione del DNA

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/690713

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/690713