SOCIETA' ITALIANA DI FARMACOLOGIA
Relazioni dei borsisti sif
RELAZIONE
ATTIVITA’ SCIENTIFICA
FEBBRAIO 2004 - FEBBRAIO 2005
Dott.ssa Maria Elisabetta Maragnoli
Dipartimento
di Scienze Farmacologiche
Università
degli Studi di Milano
La depressione e’ una patologia in cui si osserva atrofia e perdita neuronale nell’ippocampo e nelle strutture corticali ad esso connesse (Sheline et al., 2002; Bremner et al., 2000). Regioni cerebrali quali corteccia prefrontale, corteccia del cingolo e amigdala, che sono associate all’ippocampo, contribuiscono all’alterazione dell’umore e delle emozioni nella depressione, come anche a disfunzioni di tipo cognitivo (Drevets 2001; Manji et al., 2001). E’ dimostrato inoltre che la diminuita funzionalita’ a livello ippocampale presente nella depressione altera il controllo dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene, un circuito neuroendocrino primariamente coinvolto nella risposta fisiologica allo stress. E’ noto infatti che l’ippocampo esercita un’azione protettiva dallo stress grazie al mantenimento di un tono inibitorio sui nuclei paraventricolari ipotalamici dell’HPA, e a interazioni con la corteccia prefrontale (Nestler et al., 2002). Pertanto la malattia depressiva si caratterizza, oltre che per le disfunzioni neurotrasmettitoriali, anche per un’aumentata vulnerabilità cellulare. Per questo motivo, negli ultimi anni diversi laboratori hanno intrapreso studi mirati a valutare il coinvolgimento di proteine, come i fattori neurotrofici, nell’eziologia della depressione e nell’azione dei farmaci utilizzati per il suo trattamento.
Il lavoro che ho condotto finora ha riguardato lo studio del fattore trofico FGF-2 (Fibroblast Growth Factor-2) ed in particolare la sua regolazione da parte di farmaci utilizzati per il trattamento della depressione resistente. I nostri studi hanno dimostrato che l’espressione di FGF-2 e’ aumentata in specifiche aree cerebrali di ratto dalla co-somministrazione di due farmaci, fluoxetina e olanzapina, un antidepressivo SSRI e un antipsicotico atipico, rispettivamente (Maragnoli et al., 2004).
FGF-2 agisce attraverso una famiglia di recettori tirosino chinasici, tra cui FGFR1 (Fibroblast Growth Factor Receptor 1). E’ stato recentemente dimostrato che l’inattivazione selettiva di FGFR1 nel CNS di topo e’ in grado di diminuire la proliferazione di progenitori neuronali e il numero di neuroni nell’ippocampo, influenzando la struttura della corteccia cerebrale solo marginalmente (Ohkubo et al., 2004). L’inattivazione di tale recettore potrebbe avere rilevanza durante lo sviluppo, con notevoli ripercussioni sulla funzionalità del sistema nervoso maturo, ma potrebbe anche rappresentare uno strumento utile per analizzare il ruolo di questo sistema nei disturbi affettivi.
Pertanto, il mio lavoro di ricerca si e’ spostato nell’ultimo anno alla Yale University di New Haven, CT, USA. In questo laboratorio mi sto occupando di analizzare il ruolo di FGFR1 durante il neurosviluppo, utilizzando una linea Nestin-Cre specifica per il sistema nervoso centrale che induce una ricombinazione generalizzata in tutto il CNS (Graus-Porta et al., 2001). Nestin e’ un filamento intermedio e un marker selettivo di cellule staminali nel cervello embrionale e adulto, la cui espressione durante lo sviluppo e’ evidente in tutto il sistema nervoso a cominciare dal decimo giorno embrionale (E10). Il pattern di espressione e l’attivita’ della Cre ricombinasi controllata dal promotore per Nestin sono stati valutati incrociando i topi Nestin-Cre con R26R, una linea in cui la ricombinazione di Cre attiva un gene reporter ereditabile, la -galattosidasi (Soriano, 1999). Come si osserva in figura (1A-B), la ricombinazione e’ presente nella linea Nestin-Cre in tutte le cellule del CNS a P0. Nei topi in cui Nestin-Cre viene usata per ricombinare e inattivare FGFR1 (NesCre/FGFR1 KO), inoltre, si osserva una diminuita proliferazione di progenitori ippocampali. L’analisi dell’espressione di Nestin dimostra infatti che a E16.5 il numero di questi progenitori e’ inferiore a quanto si osserva nel fenotipo wild type (figura 1E-F); una simile diminuzione si osserva anche con uno staining di BrdU, un marker di proliferazione cellulare (figura 1G-H). Una colorazione al cresil violetto evidenzia inoltre che in eta’ adulta e’ presente atrofia ippocampale, oltre che la mancanza di corpo calloso e commissura ippocampale (figura 1C-D). La specifica alterazione che si osserva nell’ippocampo rende quindi questo modello animale particolarmente interessante per capire se alla base della patologia depressiva possa esserci un determinante genetico che aumenti la vulnerabilita’ allo stress. Per questo motivo, questi animali verranno sottoposti a una serie di test comportamentali, tra i quali restraint stress e learned helplessness, per valutare l’esistenza di una maggiore suscettibilita’ agli stimoli ambientali.
Fenotipo dei topi NesCre/FGFR1 KO. A-B, staining di LacZ in topi NesCre;R26R, in cui si osserva che la ricombinazione guidata dalla Cre ricombinasi e’ presente in tutte le cellule del CNS a P0. C-D, colorazione al cresil violetto, in cui e’ evidente una diminuzione del volume ippocampale. E-F, Nestin e G-H, BrdU immunostaining, in cui si osserva una diminuzione dei progenitori ippocampali a E16.5.
Referenze
- Sheline YI, Mittler BL, Mintun MA. The hippocampus and depression. Eur Psychiatry. 2002 Jul;17 Suppl 3:300-5.
- Bremner JD, Narayan M, Anderson ER, Staib LH, Miller HL, Charney DS. Hippocampal volume reduction in major depression. Am J Psychiatry. 2000 Jan;157(1):115-8.
- Drevets WC. Neuroimaging and neuropathological studies of depression: implications for the cognitive-emotional features of mood disorders. Curr Opin Neurobiol. 2001 Apr;11(2):240-9.
- Manji HK, Drevets WC, Charney DS. The cellular neurobiology of depression. Nat Med. 2001 May;7(5):541-7.
- Nestler EJ, Barrot M, DiLeone RJ, Eisch AJ, Gold SJ, Monteggia LM. Neurobiology of depression. Neuron. 2002 Mar 28;34(1):13-25.
- Ohkubo Y, Uchida AO, Shin D, Partanen J, Vaccarino FM. Fibroblast growth factor receptor 1 is required for the proliferation of hippocampal progenitor cells and for hippocampal growth in mouse. J. Neurosci. 24:6057-6069.
- Maragnoli ME, Fumagalli F, Gennarelli M, Racagni G, Riva MA. Fluoxetine and olanzapine have synergistic effects in the modulation of fibroblast growth factor 2 expression within the rat brain. Biol Psychiatry. 2004 Jun 1;55(11):1095-102.
- Graus-Porta D, Blaess S, Senften M, Littlewood-Evans A, Damsky C, Huang Z, Orban P, Klein R, Schittny JC, Muller U. Beta1-class integrins regulate the development of laminae and folia in the cerebral and cerebellar cortex. Neuron. 2001 Aug 16;31(3):367-79.
- Soriano P. Generalized lacZ expression with the ROSA26 Cre reporter strain. Nat Genet. 1999 Jan;21(1):70-1.
Dott.ssa
Maria Elisabetta Maragnoli
Dipartimento
di Scienze Farmacologiche
Università
degli Studi di Milano