presentazione pisani
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““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
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Prima che la DBS diventi l’unica scelta....Prima che la DBS diventi l’unica scelta....
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Trattamento farmacologico: cosa abbiamo a Trattamento farmacologico: cosa abbiamo a disposizione?disposizione?
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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
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Approccio multidisciplinare Approccio multidisciplinare
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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.
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Decifrare il ruolo delle Decifrare il ruolo delle
mutazioni genetiche mutazioni genetiche
nella distonianella distonia
Rosetta Stone,British Museum, London
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Modelli animali
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LeDoux, in press
Modelli FarmacologiciModelli Farmacologici
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Modelli con mutazioni spontaneeModelli con mutazioni spontanee
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Modelli geneticiModelli genetici
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Knockouts selettivi di torsinAKnockouts selettivi di torsinA
Strategies:♦ Transgenic
• DAT-Cre
♦ Viral• AAV-Cre
Cre TH
Cre TH
DAT-Cre
AAV8 Cre
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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
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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
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♦ 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
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Motor Learning in TorsinA transgenic miceMotor Learning in TorsinA transgenic mice
N. Sharma, 2005
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La plasticità sinaptica come endofenotipo specifico La plasticità sinaptica come endofenotipo specifico per la DYT1 dystoniaper la DYT1 dystonia
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Motor learningMotor learning Synaptic plasticitySynaptic plasticity
Analisi della fisiologia striataleAnalisi della fisiologia striatale
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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
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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
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Methods: coronal slice preparation and morphologyMethods: coronal slice preparation and morphology
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Methods: parasagittal slice preparation and morphology
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Confocal microscope image of a spiny neuron from a DYT1 mutant mouse, filled during electrophysiological recordings with biocytin
Medium spiny neuron Medium spiny neuron
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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
am
plit
ud
e(%
of
con
tro
l)
0
20
LFS
HFS
= LTD= LTD
LTPLTP
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Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice
Martella et al., 2009
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Martella et al., 2009
Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice
![Page 29: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/29.jpg)
a a ““loss of inhibitionloss of inhibition”” characterizes the impairment of synaptic plasticity characterizes the impairment of synaptic plasticity
Interim summaryInterim summary
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Quali meccanismi alla base di questa Quali meccanismi alla base di questa “loss of inhibition”?“loss of inhibition”?
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DA
LTP
LTD
HFS
Cholinergic Interneuron
Medium Spiny Neuron
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DA
enhanced LTP
no LTD
HFS
Pisani et al., 2006
![Page 33: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/33.jpg)
Interactions between
Medium Spiny Neuron
and Cholinergic Interneuron
Pisani et al., 2007
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Role of endogenous acetylcholine
Martella et al., 2009
![Page 35: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/35.jpg)
Role of endogenous acetylcholine: treatment with (Artane®)
Martella et al., 2009
![Page 36: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/36.jpg)
Martella et al., 2009
Lowering ACh tone rescues SD
![Page 37: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/37.jpg)
Increased AChE activity
In collaboration with E. Cacci and S. Biagioni, University of Rome “La Sapienza”
![Page 38: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/38.jpg)
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”.
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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.
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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
![Page 41: Presentazione Pisani](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052910/559c25831a28ab73738b4832/html5/thumbnails/41.jpg)
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