Ricerca attuale NMARC e componenti principali

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.

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.

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.

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 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.

Ricercatore principale: Sharon L. Ruyak, Professore associato, College of Nursing

L'esposizione prenatale all'alcol (PAE) è associata a un continuum di disabilità noto come disturbo dello spettro alcolico fetale (FASD). Le stime di prevalenza della FASD vanno dall'1.1% al 5% tra i bambini in età scolare, rendendola una delle principali forme di disabilità dello sviluppo prevenibili negli Stati Uniti. coloro che auto-riportano ≥ 40 ACE, il rischio di consumo prenatale di alcol è quasi 4 volte superiore. Tuttavia, esiste un'indagine limitata sull'influenza sinergica di PAE e ACE sul rischio di sviluppo di FASD, evidenziando il divario critico nella nostra comprensione dei fattori che influenzano la suscettibilità a FASD. I meccanismi epigenetici, come il microRNA (miRNA) che regolano l'espressione genica, sono fortemente favoriti come meccanismi che mediano la trasmissione di effetti di lunga durata sia del PAE che dell'ACE materno al feto in via di sviluppo. Inoltre, è stato dimostrato che i miRNA influenzano la struttura e la funzione della placenta. La placenta è un'interfaccia critica tra la madre e il feto che facilita lo scambio di ossigeno, sostanze nutritive, ormoni e rifiuti. Gli studi dimostrano il traffico bidirezionale delle cellule materne e fetali attraverso la placenta, quindi i miRNA circolanti materni possono influenzare i risultati della prole attraverso questa interfaccia unica. Nostro obiettivo a lungo termine è comprendere i meccanismi sottostanti che influenzano la suscettibilità alla FASD al fine di informare lo sviluppo di strategie di prevenzione e trattamento mirate per donne e bambini affetti da PAE. L'obiettivo di questa proposta pilota è quello di esaminare i miRNA circolanti materni associati alla salute e alla funzione della placenta che differiscono nei livelli di espressione tra gli individui che consumano alcol durante la gravidanza con e senza una storia significativa di ACE. Realizzeremo questo attraverso: 1) caratterizzazione dei profili differenziali di espressione di miRNA nella circolazione materna come conseguenza di PAE e ACE utilizzando il sequenziamento di miRNA e 2) identificazione di nuove vie di segnalazione associate all'interazione di PAE e ACE attraverso l'analisi di arricchimento dei geni bersaglio per identificare possibili percorsi molecolari comuni coinvolti nello sviluppo, nella salute e nella funzione della placenta. Il completamento del lavoro proposto fornirà dati preliminari per una presentazione R01 al NIH che esaminerà il ruolo della funzione placentare e l'influenza dei fattori circolanti materni sulla funzione placentare, nella variabilità degli esiti neurocomportamentali del neonato per i punti di contatto precoci per l'identificazione di madri e bambini ad alto rischio, nonché possibili bersagli per un intervento precoce per mitigare gli effetti della PAE.

Sperimentatore principale: Nan Zeng, professore assistente di ricerca, scienze della prevenzione e della popolazione, dipartimento di pediatria

I bambini con diagnosi di FASD possono dimostrare una vasta gamma di deficit, inclusi problemi fisici, cognitivi, comportamentali e psicosociali che possono influire sulla loro capacità di funzionare nella società. Pertanto, i programmi di intervento mirano a promuovere la salute in questa popolazione sono giustificati. Una strategia di intervento che può essere promettente per migliorare molteplici aree della vita delle persone con FASD è l'attività fisica (PA). A parte i benefici generali per la salute di uno stile di vita attivo (ad esempio, benefici cardiovascolari), la PA può anche migliorare vari aspetti della funzione cognitiva, in particolare la funzione esecutiva, e sembra essere efficace per tutta la durata della vita. I bambini di oggi vivono nell'era della tecnologia, dove i videogiochi attivi (ovvero l'exergaming) sono la soluzione ideale per promuovere e incentivare un maggiore dispendio energetico durante il tempo libero. Nonostante i potenziali benefici per la salute dell'Exergaming disponibile in commercio nei bambini, questa modalità PA non è stata ben studiata come strategia di intervento per i bambini con FASD. Questo studio pilota randomizzato controllato (RCT) mira a sviluppare, implementare e valutare un RCT di 8 settimane, domiciliare e incentrato sulla famiglia che impiega l'exergaming per promuovere comportamenti di movimento così come il controllo inibitorio e l'attenzione nelle famiglie di bambini con FASD. Abbiamo in programma di utilizzare LeapTV™ --- un sistema Exergaming educativo disponibile in commercio progettato per bambini dai tre agli otto anni che accentua l'apprendimento attraverso il movimento. Miriamo a reclutare 16 diadi genitore-figlio per valutare 1) la fattibilità, l'accettabilità, l'adeguatezza e il potenziale per l'adozione e il sostegno dell'intervento di Exergaming dal punto di vista dei genitori, e 2) l'efficacia preliminare di tale intervento sui bambini fisici e bio- benefici per la salute psico-sociale. Questo programma di intervento dell'AP è innovativo grazie al suo approccio unico di incorporare il concetto di un ambiente familiare sano nell'exergaming per valutarne l'impatto su conformità, sostenibilità e trasferibilità. Il completamento con successo di questo studio pilota fornirà la base empirica per questo processo di progettazione esplorativa. I risultati di questo studio pilota informeranno l'uso appropriato dell'exergaming nei bambini con un FASD, oltre a gettare le basi per futuri studi di intervento sui media sanitari basati sulla famiglia multilivello multilivello su larga scala, che possono quindi essere adattati o tradotti in contesti scolastici o comunitari e possono avere un impatto significativo sulla salute pubblica.

Principal Investigator: Valentina Licheri, Adjunct Assistant Professor, Dipartimento di Neuroscienze

Studi clinici hanno riportato che fino all'80% dei bambini con diagnosi di disturbi dello spettro alcolico fetale (FASD) presentano disturbi del sonno significativi tra cui breve durata del sonno, ansia del sonno, resistenza prima di coricarsi, aumento della frammentazione del sonno e parasonnie che possono influenzare lo sviluppo delle funzioni cognitive e comportamenti dirompenti . Nonostante i numerosi studi preclinici e clinici che mostrano gli effetti dell'esposizione prenatale all'alcol (PAE) sul comportamento sonno-veglia, i meccanismi molecolari non sono ben compresi. Sorprendentemente, relativamente pochi studi con modelli animali di FASD hanno caratterizzato l'effetto dell'esposizione allo sviluppo di etanolo sulla fisiologia del sonno e questi si sono concentrati su dosi elevate, producendo concentrazioni ematiche tra 167-500 mg/dl. Tuttavia, gli effetti della PAE moderata, che si verifica comunemente in molte popolazioni negli Stati Uniti e in tutto il mondo, devono ancora essere caratterizzati. Inoltre, sono stati compiuti notevoli progressi con le metodologie basate sull'apprendimento automatico per studiare la fisiologia del sonno, che hanno scoperto tre nuove sottofasi del sonno REM e NREM nel modello dei roditori che assomigliano molto alle fasi del sonno umano. Le nostre recenti indagini hanno dimostrato che l'esposizione all'alcol gestazionale da bassa a moderata è in grado di influenzare i comportamenti cognitivi e la funzione corticale in modo specifico per sesso. Moderato PAE ha alterato i trasportatori gliali del glutammato nella prole maschile adolescente, che sono coinvolti nel controllo del glutammato extracellulare attraverso gli stati di sonno e veglia. L'esposizione gestazionale all'alcol induce una significativa diminuzione della proteina mGluR5R, un recettore del glutammato coinvolto nella regolazione del sonno. L'interneuronopatia è stata osservata nei modelli PAE, suggerendo una possibile correlazione con i disturbi del sonno considerando il ruolo critico degli interneuroni corticali negli stati di sonno. Ipotizzo che una moderata esposizione all'alcol durante il roditore equivalente al primo e al secondo trimestre di gravidanza umana interrompa la fisiologia del sonno nella prole adolescente. Per verificare questa ipotesi, studierò il ciclo sonno-veglia in topi maschi e femmine PAE adolescenti (giorno postnatale 40-60) eseguendo registrazioni di elettroencefalografia (EGG) ed elettromiografia (EMG) e caratterizzerò le sottofasi del sonno utilizzando metodi. Questo progetto pilota della durata di 1 anno rappresenterà la prima caratterizzazione dell'impatto del modello PAE moderato sull'architettura del sonno e fornirà un nuovo quadro sperimentale per caratterizzare i percorsi molecolari coinvolti nei disturbi del sonno osservati nella FASD.