Download - Presentazione Pisani
““Modelli sperimentali di distonia: Modelli sperimentali di distonia:
implicazioni per la patogenesi”implicazioni per la patogenesi”
Antonio PisaniAntonio Pisani
Clinica NeurologicaClinica Neurologica, , Università di Roma “Tor Vergata”; Università di Roma “Tor Vergata”;
Fondazione Santa Lucia, IRCCS RomaFondazione Santa Lucia, IRCCS Roma
XLIXLICongresso Società Italiana di NeurologiaCongresso Società Italiana di Neurologia
Catania, 25 Ottobre 2010Catania, 25 Ottobre 2010
Associazione Italiana di Neuropatologia- AINPAssociazione Italiana di Neuropatologia- AINP
Prima che la DBS diventi l’unica scelta....Prima che la DBS diventi l’unica scelta....
Trattamento farmacologico: cosa abbiamo a Trattamento farmacologico: cosa abbiamo a disposizione?disposizione?
ConsiderazioniConsiderazioni
♦ Al momento non esiste trattamento efficace, nè esiste un modello sperimentale del tutto adeguato
♦ Non vi è reale evidenza di alterazioni neuropatologiche nelle distonie primarie
Approccio multidisciplinare Approccio multidisciplinare
Perché lo studio dei modelli animaliPerché lo studio dei modelli animali
♦ La scoperta di molteplici mutazioni genetiche ha portato alla creazione di modelli genetici di patologia.
♦ La maggior parte di questi modelli non presentano evidenti manifestazioni fenotipiche di distonia, nè perdita neuronale in specifiche aree cerebrali. Tuttavia, sono state riscontrate anomalie motorie latenti e chiare alterazioni di plasticità sinaptica, suggestive di un’alterazione a livello dei circuiti dei gangli della base.
Decifrare il ruolo delle Decifrare il ruolo delle
mutazioni genetiche mutazioni genetiche
nella distonianella distonia
Rosetta Stone,British Museum, London
Modelli animali
LeDoux, in press
Modelli FarmacologiciModelli Farmacologici
Modelli con mutazioni spontaneeModelli con mutazioni spontanee
Modelli geneticiModelli genetici
Knockouts selettivi di torsinAKnockouts selettivi di torsinA
Strategies:♦ Transgenic
• DAT-Cre
♦ Viral• AAV-Cre
Cre TH
Cre TH
DAT-Cre
AAV8 Cre
Modelli murini di DYT1 Distonia
Knock-out Knock-down
Wild-type
Cortex-, Cerebellum-,
Striatum-, dopaminergic neuron-specific
Knock-out of Dyt1
∆GAG Knock-in Mice
DYT1: Early-onset generalized torsion dystonia DYT1: Early-onset generalized torsion dystonia (Oppenheim Dystonia)(Oppenheim Dystonia)
♦ Eredità autosomica dominante con una penetranza ridotta(~30%, 70% asintomatici)
♦ Maggior parte dei casi causata da delezione GAGdel gene DYT1 su cromosoma 9q34, che determina perdita di residuo di acido glutammico nella proteina TorsinA (Ozelius et al., Nature Genetics, 1997)
♦ No evidenza di neurodegenerazione
♦ “Tipico” fenotipo DYT1 :- early-onset (< 28 anni), esordio ad un arto; frequente generalizzazione;
♦ No trattamenti curativi
♦ Topi transgenici che esprimono human mutant torsinA (hMT) o human Topi transgenici che esprimono human mutant torsinA (hMT) o human wild-type (hWT) torsinA. wild-type (hWT) torsinA.
♦ Topi hMT mice non manifestano evidente distonia, ma presentano Topi hMT mice non manifestano evidente distonia, ma presentano alterazioni di apprendimento motorioalterazioni di apprendimento motorio
CMV transgenic mouse modelCMV transgenic mouse model
Motor Learning in TorsinA transgenic miceMotor Learning in TorsinA transgenic mice
N. Sharma, 2005
La plasticità sinaptica come endofenotipo specifico La plasticità sinaptica come endofenotipo specifico per la DYT1 dystoniaper la DYT1 dystonia
Motor learningMotor learning Synaptic plasticitySynaptic plasticity
Analisi della fisiologia striataleAnalisi della fisiologia striatale
Ipotesi “striatale” di distoniaIpotesi “striatale” di distonia
♦ Lesioni ischemiche o meccaniche dello striato causano distonia (Bhatia and Marsden 1994)
♦ Blocco farmacologico acuto dei recettori D2 striatali causa distonia
♦ La distonia è spesso manifestazione di malattia di Parkinson
Striatal SignalingStriatal Signaling
♦ Glutamatergic afferents from cortex
♦ Dopaminergic afferents from SN
♦ Cholinergic (and other) interneurons
♦ GABAergic efferents
Ach
Glutamatergic input from Cortex
Dopaminergic input from SNc
Direct Pathway
Indirect Pathway
Putamen
GABA
GABA
GABA
Methods: coronal slice preparation and morphologyMethods: coronal slice preparation and morphology
Methods: parasagittal slice preparation and morphology
Confocal microscope image of a spiny neuron from a DYT1 mutant mouse, filled during electrophysiological recordings with biocytin
Medium spiny neuron Medium spiny neuron
Bidirectional long-term plasticity at corticostriatal synapsesBidirectional long-term plasticity at corticostriatal synapses
HFS
Time (sec)
-1000 0 1000 2000 3000 4000
40
80
120
160
200
240
EP
SP
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l)
0
20
LFS
HFS
= LTD= LTD
LTPLTP
Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice
Martella et al., 2009
Martella et al., 2009
Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice
a a ““loss of inhibitionloss of inhibition”” characterizes the impairment of synaptic plasticity characterizes the impairment of synaptic plasticity
Interim summaryInterim summary
Quali meccanismi alla base di questa Quali meccanismi alla base di questa “loss of inhibition”?“loss of inhibition”?
DA
LTP
LTD
HFS
Cholinergic Interneuron
Medium Spiny Neuron
DA
enhanced LTP
no LTD
HFS
Pisani et al., 2006
Interactions between
Medium Spiny Neuron
and Cholinergic Interneuron
Pisani et al., 2007
Role of endogenous acetylcholine
Martella et al., 2009
Role of endogenous acetylcholine: treatment with (Artane®)
Martella et al., 2009
Martella et al., 2009
Lowering ACh tone rescues SD
Increased AChE activity
In collaboration with E. Cacci and S. Biagioni, University of Rome “La Sapienza”
Conclusioni
♦ In topi hMT, con torsinA mutata, le sinapsi corticostriatali glutamatergiche mostrano aumentata tendenza alla facilitazione (LTP-like), associata a perdita di meccanismo inibitori (LTD and SD-like).
♦ L’incapacità di ristabilire i livelli di attività sinaptica di base possono indicare la perdita di capacità di selezionare tra pattern motori competitivi e quindi rendere conto del cosiddetto fenomeno dell “overflow”.
Conclusioni Conclusioni
♦ I modelli animali sono essenziali nel campo dei disordini del movimento per esplorare singoli momenti patogenetici e per valutare l’efficacia di farmaci selettivi per specifici target molecolari.
♦ I dati presentati possono rappresentare un correlato cellulare per l’alterazione di plasticità sinaptica osservata nei portatori sani di mutazione DYT1.
♦ Inoltre, forniscono una razionale spiegazione per l’efficacia terapeutica dei farmaci anticolinergici.
Università di Roma “Tor Vergata”Università di Roma “Tor Vergata”
Giorgio BernardiGiusy Martella Paola PlataniaGrazia Madeo
Tommaso Schirinzi
Fondazione Santa Lucia, RomaFondazione Santa Lucia, Roma
Paola BonsiGiuseppe Sciamanna
Annalisa TassoneGeorgia MandolesiFrancesca Puglisi
Vladimiro Batocchi
A special thank to our Collaborators!
University of Alabama at Birmingham, USADavid G. Standaert,
Yuking Li
Harvard Medical School, USANutan Sharma, Xandra O. Breakefield
CEINGE, ItalyAlessandro Usiello
Karolinska Inst., SwedenGilberto Fisone