II Convegno Sindrome di Down dalla diagnosi alla terapia Napoli, 19-2 Ottobre 218 Difetti di neurogenesi durante finestre critiche dello sviluppo fetale Sandra Guidi UNIVERSITA DI BOLOGNA DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOMEDICHE E NEUROMOTORIE
Sviluppo del sistema nervoso centrale
Neurogenesi Cellule staminali neurali Astrociti Neuroni Cellule gliali Oligodendrociti
La neurogenesi nell uomo è un evento prevalentemente prenatale CX: corteccia; DG: giro dentato dell ippocampo; CB: cervelletto Stagni et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience, 215
Cervello umano adulto Volume: 135 cm 3 Superficie: 182 cm 2 Spessore corticale medio: 2,7 mm 1 bilioni di neuroni Ogni neurone ha circa 7 connessioni sinaptiche Fibre nervose mielinizzate: 15 km Budday S., Frontiers in Cellular Neuroscience, 214
Il cervello di individui con Sindrome di Down (SD) mostra una riduzione volumetrica del 2% rispetto a soggetti euploidi della stessa età. Una ridotta neurogenesi potrebbe essere la causa della riduzione del volume cerebrale?
Zone cerebrali analizzate: Regione Ippocampale Cervelletto Corteccia cerebrale Età: 17-22 settimane di gestazione
Nei feti con SD la neurogenesi e il differenziamento neuronale sono compromessi nella regione ippocampale.
La regione ippocampale è una complessa regione cerebrale che svolge un importante ruolo nella formazione della memoria episodica e dichiarativa. E coinvolta nel processo di consolidamento della memoria da breve a lungo termine. GM: eminenza gangliare DG: giro dentato HIPP: ippocampo PRES: presubiculum EC: corteccia entorinale PHG: giro paraippocampale TH: ventricolo laterale
Riduzione della neurogenesi nei feti con SD GM PRES EC DG HIPP PHG TH GM: eminenza gangliare DG: giro dentato HIPP: ippocampo PRES: presubiculum EC: corteccia entorinale PHG: giro paraippocampale TH: ventricolo laterale EU SD EU SD Ki-67: proteina nucleare associata alla proliferazione cellulare Guidi et al., Brain Pathology, 28
Riduzione della neurogenesi nei feti con SD Le zone ventricolari dell ippocampo mostrano, in ogni loro strato, una ridotta densità di cellule proliferanti nel cervello di feti con SD rispetto agli euploidi. -6% -37% Guidi et al., Brain Pathology, 28
Eminenza gangliare L eminenza gangliare è una zona ventricolare fortemente neurogenica. Ki-67 Cyclin A Control DG: giro dentato GM: eminenza gangliare SUB: subiculum H: ilo Contestabile et al., Hippocampus, 27
Riduzione della neurogenesi nei feti con SD La fascia dentata ippocampale è una regione in cui sono presenti molte cellule progenitrici alcune delle quali rimangono tali anche nella vita adulta. GL: strato granulare fascia dentata HL: ilo MS: zona di migrazione cellulare Cyclin A: proteina espressa durante la fase S del ciclo cellulare Contestabile et al., Hippocampus, 27
Qual è l effetto di della ridotta neurogenesi ippocampale?
Ridotta cellularità nei feti con SD Strato granulare fascia dentata ippocampo Strato cellule piramidali ippocampo Guidi et al., Brain Pathology, 28
Ridotta cellularità nei feti con SD m m 3 4 3 2 1 Volume Density Number 2 4 1 1 6 / m m 3 1 2 1 LPI LPE LPI LPE LPI LPE 1 1 6 3 Presubiculum Control Control Control 6 Volume Density Number 2 6 m m 3 4 2 1 1 6 / m m 3 4 1 2 LPI LPE LPI LPE LPI LPE 1 1 6 Corteccia entorinale Control Control Control Guidi et al., Brain Pathology, 28
Alterato rapporto neuroni/astrociti nei feti con SD NeuN GFAP Euploide SD Euploide SD NeuN: proteina espressa dai neuroni maturi GFAP: proteina espressa dalle cellule gliali % of total 1 8 6 4 2 DG HIPP PRES EC LPHG GFAP Control GFAP Neither Control Neither NeuN Control NeuN DG: giro dentato HIPP: ippocampo PRES: presubiculum EC: corteccia entorinale PHG: giro paraippocampale Guidi et al., Brain Pathology, 28
Nei feti con SD la neurogenesi cerebellare è compromessa.
Cervelletto CONTROL EGL MOL Cellule Ki-67 positive PURK IGL EGL: strato granulare esterno MOL: strato molecolare PURK: strato delle cellule del Purkinje IGL: strato granulare interno EGL IGL LI 1..8.6.4.2. LI.4.3.2 Control.1. Control L2 L1 IV L3 L4 L5 L2 L1 IV L5 L3 L4 Euploide SD Guidi et al., Brain Pathology, 211
Nei feti con SD la neurogenesi della corteccia temporale è compromessa.
Corteccia temporale Anche la corteccia temporale è implicata in fenomeni di memoria quali il riconoscimento facciale e di oggetti. LV CA3 FI SP VZ CA1 DG SUB SP PRES CP CP ENT ITG FG CS MZ MZ LV: ventricolo laterale; CA1, CA3: regioni ippocampali; FI: fimbria; DG: fascia dentata ippocampale; VZ: zona ventricolare; SUB: subiculum: PRES: presubiculum; ENT: corteccia entorinale; CS: solco collaterale; FG: giro fusiforme; ITG: giro temporale inferiore; SP: zona sottostante piastra corticale; CP: piastra corticale; MZ: zona marginale. Guidi et al., Brain Pathology, 218
Ridotta cellularità nei feti con SD GIRO FUSIFORME EU GW 21 GW 21 Thickness ( m) 1 8 6 4 2 Cells/mm 2 (1 x 1 3 ) 2 15 1 5 CP CP SP SP Thickness ( m) 1 8 6 4 2 GIRO TEMPORALE INFERIORE 2 15 Cells/mm 2 (1 x 1 3 ) 1 5 CP: piastra corticale; SP: zona sottostante piastra corticale Guidi et al., Brain Pathology, 218
Alterato rapporto neuroni/astrociti nei feti con SD GIRO FUSIFORME Cell Number (x 1 2 ) 1 8 6 4 2 % 1 8 6 4 2 EU SD EU SD GIRO TEMPORALE INFERIORE Cell Number (x 1 2 ) 1 8 6 4 2 % 1 8 6 4 2 EU SD EU EU SD NeuN GFAP Neither Guidi et al., Brain Pathology, 218
I difetti di neurogenesi e di differenziamento riscontrati nelle strutture cerebrali del feto sono presenti anche in uno dei modelli murini di SD maggiormente utilizzati; il topo Ts65Dn.
Nei feti con SD la neurogenesi e la cellularità del subiculum sono compromesse
Subiculum Il subiculum è una zona ippocampale indispensabile nel fenomeno del recupero dei ricordi. CA1 CA3 Strato piramidale DG Cellule Ki-67 positive LV VZ IZ SUB Pyr Zona ventricolare PRES EU Guidi et al., Brain Pathology, in press NeuN GFAP Neither
Topo Ts65Dn
Conclusioni Questi studi dimostrano per la prima volta che la neurogenesi è ridotta in molte strutture cerebrali di feti con sindrome di Down. L alterazione della neurogenesi è accompagnata da uno sbilanciamento nel differenziamento. Queste alterazioni appaiono importanti determinanti della disabilità cognitive che caratterizza i soggetti sindrome di Down.
Laboratorio di Neurofisiologia e Neurobiologia di Disturbi dello Sviluppo Cerebrale Andrea Fiorenza Sandra Prof.ssa Renata Bartesaghi Marco Facoltà Renata Bartesaghi Elisabetta Ciani Sandra Guidi PhD, Post Doc Marco Emili Andrea Giacomini Fiorenza Stagni Beatrice Uguagliati
Apoptosi ippocampale Pyknotic cells / mm 2 4 3 2 1 DG Control Pyknotic cells / mm 2 1 8 6 4 2 SVZ Control L apoptosi, o morte cellulare programmata, potrebbe influenzare la riduzione delle dimensioni dell ippocampo nei feti con SD. Caspase-3 + cells / mm 2 3 2 1 DG Control Caspase-3 + cells / mm 2 1 8 6 4 2 HIPP Control Guidi et al., Brain Pathology, 28 Caspase-3 + cells / mm 2 2 1 PHG Control Caspase-3 + cells / mm 2 1 8 6 4 2 SVZ Control DG: giro dentato SVZ: zona subventricolare HIPP: ippocampo PHG: giro paraippocampale PRES: presubiculum