Seminario NMARC 

"Sviluppo del cervello nei disturbi dello spettro alcolico fetale"

Eileen Moore, Ph.D., Dipartimento di Psicologia, San Diego State University

giovedì 9 aprileth  2020

"Disturbi dello spettro alcolico fetale: i modelli preclinici possono aiutarci a riparare un cervello danneggiato?"

Brian Christie, Ph.D., Divisione di Scienze Mediche, Università di Victoria.

Giovedi maggio 21st  2020

Centro di ricerca sull'alcol del New Mexico


1 Università del Nuovo Messico
Albuquerque, NM 87131

Ricerca attuale NMARC e componenti principali

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Sinossi della ricerca

Il NMARC P50 combina componenti di ricerca clinica e preclinica interattiva e progetti pilota che esaminano i meccanismi corticali alla base dei deficit comportamentali associati alla FASD. Maggiori informazioni su ogni componente di ricerca e progetto pilota possono essere trovate cliccando sulle barre sottostanti:

 

 

 

P50 Componente 2: Meccanismi di resistenza ai glucocorticoidi nella prole PAE

Investigatore principale: Erin Milligan, Ph.D.
Co-investigatori: Andrea Allan, Ph.D., Kevin Caldwell, Ph.D. & Nikolaos Mellios, MD, Ph.D.

Molti dei processi fisiologici interessati dalla PAE sono regolati dai glucocorticoidi (GC). La resistenza ai GC (ossia, una ridotta sensibilità alle azioni dei GC) è associata a una varietà di malattie croniche, molte delle quali sono anche associate a PAE (ad es., disturbi immunitari e infiammatori, resistenza all'insulina). Viene stabilita la reattività del GC per tutta la vita in utero come risultato di una programmazione aberrante dei glucocorticoidi. Ipotizziamo che PAE influenzi la programmazione dei GR aumentando il 5 (Gas5) specifico per l'arresto della crescita del cervello fetale, un RNA lungo non codificante abbondantemente espresso che si lega al dominio legante il DNA del recettore dei glucocorticoidi (GR), inibendo così la regolazione trascrizionale dipendente da GR. Poiché i livelli di Gas5 sono notevolmente ridotti dopo la nascita, proponiamo che la proteina 506 legante FK51 (Fkbp51) sostituisca Gas5 come regolatore primario della segnalazione GR-dipendente nell'adulto ed è responsabile della continua resistenza del GC. Verificheremo le ipotesi utilizzando il nostro modello murino di PAE. Nell'obiettivo 1 valuteremo gli effetti della PAE su diverse misure di resistenza ai glucocorticoidi, inclusi gli effetti sulla soppressione delle risposte al corticosterone da parte del desametasone, i livelli di citochine pro- e anti-infiammatorie, i livelli di metilazione del promotore di Fkbp5 e Gas5 e i livelli di vari GR- specifici. trascritti genici regolati. Nell'obiettivo 2 determineremo gli effetti della PAE sulla programmazione dello sviluppo della risposta del GC durante i periodi di stress e iporesponsività immunitaria, che si verificano durante il periodo presvezzamento nel topo. Nell'obiettivo 3 useremo mirato in utero interventi per testare l'ipotesi che l'inibizione o la riduzione del Gas-5 prenatale ripristinerà la normale sensibilità del GC nei topi PAE.

P50 Componente 3: regolazione del recettore dell'istamina H3 della neurotrasmissione del glutammato nella prole PAE

Co-investigatori principali: Daniel selvaggio, Ph.D. & Derek Hamilton
Co-investigatore: Fernando Valenzuela, Ph.D.

Abbiamo osservato che l'istamina H3 l'agonista inverso del recettore ABT-239 migliora i deficit indotti da PAE nel potenziamento a lungo termine (LTP) del giro dentato (DG) e nella ritenzione della memoria nei ratti. Inoltre, PAE aumenta anche H3 accoppiamento recettore-effettore e aumenta H3 inibizione mediata dal recettore del rilascio di glutammato nella DG (Varaschin et al., 2018). Ipotizziamo che un'espressione differenziale indotta da PAE di H3 isoforme del recettore è la base per l'aumento di H3 accoppiamento recettore-effettore e che il trattamento con un H3 agonista inverso del recettore, SAR152954, smusserà queste risposte inibitorie intensificate indotte da PAE e migliorerà i deficit indotti da PAE nel rilascio di glutammato e LTP.  Nell'obiettivo 1, esamineremo gli effetti della PAE sull'espressione di mRNA e proteine ​​delle isoforme rH3A e rH3C di H3 recettori ed esaminare come PAE altera la reattività all'H3 agonista methimepip e al SAR152954. Nell'obiettivo 2A, esamineremo come la PAE altera la reattività dei granuli dentati a methimepip e SAR152954 in vitro. Nell'obiettivo 2B, estenderemo questi studi alle registrazioni delle risposte fisiologiche combinate con i cambiamenti nei livelli di glutammato nel giro dentato di ratti svegli che si muovono liberamente.

P50 Componente 4: Controllo parietale dell'inibizione della risposta nella prole PAE

Investigatore principale: Jonathan Brigman, Ph.D.
Co-investigatore: Fernando Valenzuela, Ph.D

Le alterazioni del controllo esecutivo sono state oggetto di crescente attenzione nella FASD a causa del forte impatto negativo sulle misure di qualità della vita. Lavorando a stretto contatto con Dott.ssa Julia Stephen (Componente 5), ci stiamo sempre più concentrando sui domini di controllo esecutivo dell'attenzione e del controllo cognitivo. Clinicamente, il controllo cognitivo viene misurato tramite attività di prestazione continua (CPT) che presentano più tipi di stimolo e richiedono ai soggetti di rispondere a obiettivi, ma inibiscono la risposta a stimoli non target. Abbiamo recentemente convalidato un CPT a cinque scelte touch-screen di roditore (5C-CPT) e abbiamo prove di una forte omologia della segnalazione oscillatoria beta parietale durante l'esecuzione dell'elettroencefalogramma (EEG) in soggetti umani sani e della registrazione della dura simile all'EEG nei topi. Mentre i nuovi dati clinici del Dr. Stephen suggeriscono che la PAE compromette la capacità di trattenere la risposta alla CPT, i meccanismi alla base di questi deficit non sono compresi. Pertanto, il componente 4 verificherà se l'attenzione e l'inibizione della risposta utilizzando un 5C-CPT touch-screen sono compromesse nel modello murino di PAE. Data la forte evidenza preliminare che la PAE altera questi comportamenti, proponiamo di eseguire la registrazione simile all'EEG sulla dura madre e la registrazione all'interno della corteccia per esaminare se la PAE altera significativamente la segnalazione oscillatoria beta e se le alterazioni sono correlate agli effetti sul modello o sui tempi di attivazione neuronale. C'è una forte evidenza che le oscillazioni ad alta frequenza sono controllate da specifiche popolazioni di interneuroni corticali e numerosi studi hanno dimostrato che queste popolazioni sono alterate da PAE. Pertanto, esamineremo le alterazioni negli interneuroni come un presunto meccanismo di deficit nei compiti CPT esaminando le alterazioni nel numero e nella funzione di questi tipi di cellule neuronali.

P50 Componente 5: Comprensione dell'inibizione della risposta nei bambini con FASD

Co-investigatori principali: Julia Stephen Ph.D. & Dina Hill dottorato di ricerca

Sfrutteremo i punti di forza del più ampio team P50 per esaminare i meccanismi sottostanti che portano a deficit cognitivi e comportamentali nei bambini con FASD, con un'enfasi sulla funzione inibitoria. In precedenza abbiamo impiegato il SART per differenziare i bambini con ADHD dai bambini con FASD, esaminando così le differenze nella funzione cerebrale in base ai deficit di attenzione rivelati in entrambe le popolazioni. È interessante notare che questa attività può essere utilizzata anche per esaminare la funzione inibitoria come attività Go/No-Go. Il nostro obiettivo nel progetto Component 5 è esaminare la funzione inibitoria nei bambini piccoli con FASD rispetto ai controlli sani per comprendere il ruolo delle oscillazioni neurali con l'obiettivo di identificare gli obiettivi di trattamento per i bambini con FASD. In combinazione con l'esame delle oscillazioni neurali evocate dal compito e delle misure di connettività evocata dal compito, esamineremo anche la connettività dello stato di riposo utilizzando sia fMRI che MEG. La nostra premessa è che le oscillazioni neurali svolgono un ruolo primario nel mediare la capacità di rispondere in modo appropriato agli stimoli durante condizioni di stato di riposo. In combinazione con due dei tre progetti preclinici, esamineremo il ruolo delle oscillazioni neurali nella PAE. In contrasto con il nostro studio precedente, esamineremo ora i bambini nella fascia di età 6-8 anni. Siamo particolarmente motivati ​​a studiare i bambini in questa fascia di età in base alla traiettoria di sviluppo della funzione inibitoria nei bambini. La capacità di inibire le risposte secondo le istruzioni del compito si sviluppa entro i quattro anni di età e la capacità di inibire con successo le risposte continua a svilupparsi durante l'adolescenza. Tuttavia, questa funzione esecutiva è altamente correlata al successo sia in ambito accademico che sociale. Pertanto, ipotizziamo che l'identificazione di marcatori di scarso funzionamento inibitorio all'inizio della traiettoria di sviluppo fornirà la migliore finestra temporale per interventi di successo. Comprendere i meccanismi che portano a questo fallimento nella funzione inibitoria è un fattore chiave nello sviluppo di interventi ottimali.

La Clinica delle Esposizioni Prenatali

La Prenatal Exposures Clinic fornisce valutazioni multidisciplinari per i bambini esposti all'alcol e/o ad altre sostanze di abuso prenatale per determinare una diagnosi sullo spettro del disturbo dello spettro alcolico fetale (FASD) o altri disturbi correlati all'esposizione prenatale. Queste valutazioni includono un breve esame fisico, un colloquio con gli operatori sanitari e uno screening delle capacità cognitive del bambino e del funzionamento comportamentale/adattivo. Il nostro team di valutazione comprende un pediatra, un neuropsicologo, un terapista occupazionale, un assistente sociale e uno psicologo.

I nostri servizi di follow-up includono test neuropsicologici completi e consulenza educativa per bambini e adolescenti in età scolare. Una valutazione neuropsicologica fornirà una descrizione dell'apprendimento individuale e del profilo comportamentale di un bambino insieme a raccomandazioni per interventi comportamentali e strategie di insegnamento accademico per soddisfare le esigenze di apprendimento uniche di un bambino. Siamo in grado di partecipare agli incontri IEP e di consultarci direttamente con il personale della scuola.

Progetto pilota 6A: asse miR-150/Vezf1 nell'angiogenesi corticale

Investigatore principale: Amy Gardiner 

Recenti studi hanno dimostrato che la PAE è associata a morfologia vascolare anormale e flusso sanguigno nel cervello. Utilizzando il nostro modello murino di PAE, abbiamo scoperto che il microRNA (miR) -150-5p era significativamente aumentato nelle cortecce PAE a E18 rispetto ai controlli di saccarina. miR-150 è importante per regolare l'angiogenesi nelle malattie neurovascolari e dopo il danno ischemico in una varietà di tessuti. Abbiamo identificato il fattore di trascrizione specifico per l'endotelio Vezf1 come un nuovo bersaglio angiogenico di miR-150. Vezf1 è necessario per il normale sviluppo vascolare e controlla l'angiogenesi attraverso la regolazione trascrizionale di bersagli come i recettori Vegf Kdr e Nrp1. Esamineremo l'ipotesi che miR-150 regoli Vezf1 per alterare l'angiogenesi nelle cortecce in via di sviluppo di topi esposti prenatalmente all'alcol. Nell'obiettivo 1, determineremo gli effetti di miR-150 e Vezf1 sull'angiogenesi durante PAE utilizzando cellule endoteliali microvascolari cerebrali primarie (BMVEC) isolate dalle cortecce PAE e SAC in via di sviluppo. Valuteremo gli effetti della modulazione di miR-150 sulla formazione del tubo, migrazione e proliferazione e se Vezf1 può contrastare gli effetti di miR-150. Ci aspettiamo che la sovraespressione di miR-150 inibisca questi fenotipi angiogenici e, al contrario, il knockdown di miR-150 li rafforzi. Ci aspettiamo anche che Vezf1 migliori gli effetti del miR-150. Nell'obiettivo 2, esamineremo l'impatto della regolazione del miR-150 di Vezf1 sulla microvascolarizzazione corticale dei feti in via di sviluppo durante la PAE. Analizzeremo il microcircolo delle cortecce fetali utilizzando fette di cervello colorate con FITC-isolectina B4. Analizzeremo quindi sezioni di cervello dopo iniezione intrauterina di feti con inibitori miR-150 disponibili in commercio con tecnologia Locked Nucleic Acid (LNA™) e bloccanti del sito bersaglio miR-150/Vezf1. Poiché il miR-150 inibisce l'angiogenesi nel cervello e in altri tessuti, ci aspettiamo che il in vivo l'inibizione di miR-150 si tradurrà in un fenotipo microvascolare che assomiglia più da vicino ai controlli della saccarina. Ci aspettiamo inoltre che il blocco dell'interazione miR-150/Vezf1 possa fenocopiare gli effetti di miR-150.

Progetto pilota 6B: sviluppo di astrociti e oligodendritici in vivo

Investigatore principale: Mar Yia Vue 

Un aspetto unico dello sviluppo di astrociti (AS) e oligodendrociti (OL) è che entrambi subiscono uno stadio di cellule precursori esteso, indicato come progenitori di astrociti intermedi (IAP) e cellule precursori di oligodendrociti (OPC). Nel cervello, IAP e OPC si trovano nella sostanza grigia e nei tratti di sostanza bianca e sono altamente suscettibili all'influenza delle molecole di segnalazione locali, dell'attività neuronale e del danno cellulare. Questa proprietà rende gli IAP e gli OPC vulnerabili agli insulti ambientali come PAE e può portare a danni permanenti e menomazioni cerebrali. Non è chiaro fino a che punto lo sviluppo di IAP e OPC in vivo sono influenzati da PAE in diverse regioni del cervello durante lo sviluppo. Questo studio pilota impiegherà strategie genetiche avanzate per etichettare in modo permanente i progenitori gliali (GP) all'inizio della gliogenesi nel cervello dei topi di controllo e PAE. L'impatto dell'alcol sulla migrazione, proliferazione e differenziazione dei GP in IAP e OPC, ed eventualmente in AS e OL, sarà misurato a lungo termine sia a livello di popolazione che a livello clonale nel cervello di maschi e femmine. Nell'obiettivo 1, determineremo gli effetti della PAE sullo sviluppo e la distribuzione di AS e OL nelle regioni della sostanza grigia e bianca.  Ipotizziamo che la PAE comprometta la migrazione, la proliferazione e la differenziazione di IAP e OPC nello striato, nella neocorteccia, nella commessura anteriore e nel corpo calloso.  Nell'obiettivo 2, esamineremo gli effetti della PAE sui cloni della linea AS e OL nel cervello.  Ipotizziamo che PAE alteri significativamente il modello di distribuzione e il numero di cellule per cloni di stirpe AS e OL.