ROLE OF EXTRACELLULAR VESICLES IN THE ASSOCIATION BETWEEN AIR POLLUTION EXPOSURE AND MAJOR DEPRESSIVE DISORDER

Introduzione: Il Disturbo Depressivo Maggiore (DDM) è una patologia multifattoriale diffusa, attribuibile a cause genetiche e ambientali. Di recente, numerosi studi epidemiologici hanno suggerito un’associazione tra inquinamento dell’aria e DDM; infatti, in seguito a inalazione, gli inquinanti dell’aria come il particolato atmosferico (PM) potrebbero causare neuroinfiammazione e danneggiare la barriera ematoencefalica (BEE), andando a esacerbare i sintomi del DDM. Tuttavia, i meccanismi biologici alla base di questa associazione rimangono in gran parte sconosciuti. Le vescicole extracellulari (VE) costituiscono un potente sistema di comunicazione intercellulare, coinvolto nella risposta a molti stimoli ambientali. Le VE possono attraversare la BEE e alterarne la permeabilità, modulando così lo scambio bidirezionale di informazioni tra il cervello e la periferia. Poiché le VE sono presenti pressoché in tutti i fluidi biologici e trasportano molecole derivate dalle loro cellule di origine, il loro studio potrebbe rappresentare una strategia non invasiva per indagare alterazioni in organi altrimenti inaccessibili. In particolare, alterazioni nel profilo delle VE sono state osservate in molte condizioni patologiche, tra cui il DDM. Obiettivi del progetto: esplorare i meccanismi biologici che legano l’esposizione a inquinamento atmosferico, le VE, e la fisiopatologia cerebrale. A questo scopo, il progetto è stato diviso in due parti: la prima parte è stata condotta presso il lab EPIGET (Dipartimento di Scienze Cliniche e di Comunità, Università degli Studi di Milano) e si è posta come obiettivo lo studio della complessa relazione tra inquinamento dell’aria, VE circolanti rilasciate dai neuroni (VEN), e gravità del DDM; la seconda parte è stata condotta presso l’Istituto Edinger (Università Goethe, Francoforte sul Meno) e si è posta come obiettivo l’analisi dell’effetto delle VE rilasciate da cellule epiteliali bronchiali trattate con PM su un modello in vitro di BEE. Prima parte, materiali e metodi: 93 soggetti con DDM sono stati selezionati casualmente dalla popolazione dello studio DeprAir (uno studio specificamente volto ad analizzare l’associazione tra inquinamento dell’aria e DDM). L’esposizione giornaliera a inquinanti dell’aria (NO2, PM fine) è stata stimata mediante un modello di trasporto chimico ed assegnata ai partecipanti allo studio sulla base del loro indirizzo di residenza. La gravità del DDM è stata determinata mediante cinque scale di valutazione. Il protocollo di immunocattura per l’isolamento delle VEN è stato validato mediante citofluorimetria e Nanoparticle Tracking Analysis. I miRNA più espressi nelle VEN sono stati selezionati mediante uno screening di 754 miRNA e analizzati mediante target prediction analysis e annotazione funzionale. L’espressione dei miRNA selezionati è stata quindi quantificata mediante RT-qPCR nelle VEN plasmatiche dei soggetti allo studio. I dati ottenuti sono stati utilizzati per valutare l’associazione tra l’inquinamento dell’aria e il profilo di miRNA nelle VEN, e tra i miRNA delle VEN e la gravità del DDM. Seconda parte, materiali e metodi: cellule umane di epitelio bronchiale (BEAS-2B) sono state trattate con tre tipi di PM fine (ERM-CZ110, NIST2786, e PM Como) a diverse concentrazioni, e l’effetto di questi trattamenti sulla vitalità cellulare è stato valutato mediante saggio MTT e marcatura con ioduro di propidio. Le VE sono state isolate dal surnatante delle cellule BEAS-2B e utilizzate per trattare un modello di BEE costituito da cellule endoteliali derivate dalla microvascolatura cerebrale di topo (MBMEC). L’integrità della BEE è stata valutata misurando la resistenza elettrica trans-endoteliale (TEER) e mediante immunocitochimica. Prima parte, risultati: l'efficacia del protocollo di immunocattura delle VEN è risultata essere superiore al 90%. In media, le VEN rappresentano il 4,5% delle VE totali e hanno dimensioni inferiori (182 nm, contro 218 nm delle VE totali). I miRNA contenuti nelle VEN sono principalmente implicati nella segnalazione intracellulare, nella risposta cellulare allo stress/stimoli esterni, nella regolazione del sistema immunitario e nella senescenza cellulare. Dopo aver condotto l'analisi dei miRNA sui 93 soggetti allo studio, l'esposizione a NO2 a breve termine è risultata associata ad un aumento dei livelli di 4 miRNA (miR-1274B, miR-320, miR-720, miR-451). Inoltre, miR-19b è risultato essere associato positivamente sia all’esposizione a lungo termine di NO2, che di PM con diametro aerodinamico ≤2,5 μm (PM2,5). Inoltre, 10 miRNA sono risultati associati ad almeno una scala di gravità del DDM. Tra questi, miR-451 – un miRNA antinfiammatorio particolarmente espresso a livello cerebrale – è risultato associato negativamente alla gravità del DDM; allo stesso modo, miR-19b, con funzione anti-apoptotica, è stato associato a una minore gravità del DDM. Seconda parte, risultati: tipi diversi di PM hanno un impatto differente sulla vitalità delle cellule BEAS-2B; in particolare, NIST2786 sembra causare la morte cellulare in modo dose-indipendente. Le VE rilasciate dalle cellule BEAS-2B trattate con 100 μg/ml di NIST2786 compromettono fortemente la TEER delle MBMEC in monostrato, rispetto alle VE rilasciate da cellule non trattate. Le VE rilasciate in seguito a trattamento con PM comportano anche una riorganizzazione spaziale delle proteine giunzionali deputate al mantenimento dell'integrità della BEE. Discussione e conclusioni: nel complesso, questo studio contribuisce a fare luce sul ruolo delle VE nel mediare gli effetti dell’inquinamento atmosferico sul cervello. L’analisi dei miRNA contenuti nelle VEN potrebbe promuovere l'identificazione di nuovi biomarcatori prognostici per il DDM. Inoltre, comprendere l’effetto sulla BEE dato dalle VE rilasciate in seguito a esposizione a inquinamento potrebbe fornire nuove prospettive sui complessi meccanismi che modulano la biologia cerebrale in risposta a stimoli ambientali.

Grantor dc:publisher

Università degli Studi di Milano

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• MONTI, PAOLA

Contributors dc:contributor

• supervisore: M. Carugno ; phd program coordinator: C. V. B. La Vecchia
• P. Monti
• CARUGNO, MICHELE
• LA VECCHIA, CARLO VITANTONIO BATTISTA

• air pollution
• major depressive disorder
• extracellular vesicle
• microRNA
• blood-brain barrier
• Settore MEDS-25/B - Medicina del lavoro

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess

Language dc:language

eng

Identifier

http://dx.doi.org/10.13130/monti-paola_phd2025-01-28
10.13130/monti-paola_phd2025-01-28

OAI identifier oai:identifier

oai:air.unimi.it:2434/1135496