Research activity
Controllo genetico dello sviluppo della corteccia cerebrale
Primo passo per lo sviluppo della corteccia cerebrale è la specificazione del campo morfogenetico corticale. E’ stato suggerito che geni codificanti per fattori trascrizionali appartenenti a diverse famiglie possano giocare un ruolo chiave in tale processo; tuttavia i veri e propri geni selettori che attivano la corticogenesi non sono stati ancora identificati. Di recente abbiamo trovato che due omeogeni, Emx2 e Pax6, espressi sin dal principio nella parete telencefalica dorsale, lavorano in parallelo come geni maestri per la corticogenesi. In loro assenza, i neuroblasti corticali sono rispcificati come neuroblasti ganglionari; essi non riescono a generare una vera e propria corteccia cerebrale ed, al contrario, danno luogo a dei gangli della base sovrannumerari.
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Fig.1. Repatterning telencefalico dorso ventrale nei mutanti Emx2-/-PaxSey/Sey.
La corteccia (cx) si trasforma nel precursore dello striato (lge) e quest’ultimo nel
precursore del globo pallido (mge). | |
La successiva arealizzazione corticale è il processo tramite il quale il campo morfogenetico corticale primitivo, privo di evidenti peculiarità morfo-funzionali regionali, dà luogo, poco a poco, alla corteccia cerebrale matura, con tutto il suo repertorio completo di caratteristiche citoarchitettoniche, biochimiche e neurocircuitali mature. Le fasi precoci di tale processo si basano su riferimenti molecolari intrinseci al primordio corticale stesso; le fasi tardive dipendono in larga parte dalle informazioni recate a tale primordio dalle afferenze di provenienza talamica. Abbiamo dimostrato che gli omeogeni Emx2, Emx1 e Pax6, espressi nel telencefalo dorsale in maniera graduata, controllano le fasi precoci, talamo-indipendenti, del processo di arealizzazione. In assenza di Emx2, l’intero spettro di identità areali è ancora codificato, ma si registrano una drammatica riduzione delle aree visuali occipitali ed un allargamento di quelle motrici frontali; tale fenotipo si aggrava in contemporanea assenza di Emx2 ed Emx1; un fenotipo complementare si sviluppa nei mutanti perdita di funzione per Pax6. Ci siamo interessati ai meccanismi alla base di questi fenomeni ed abbiamo trovato che i fenotipi tardo-gestazionali dei mutanti Emx2 e Pax6 riflettono tanto una profonda alterazione della protomappa molecolare corticale pre-neuronogenetica, quanto un distorto profilo di crescita del primordio corticale a commitment areale avvenuto.
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Fig.2. Emx2, Pax6 ed arealizzazione della corteccia cerebrale.
(A) Gradienti di espressione di Emx2 e Pax6 nella corteccia dell’embrione normale;
(B) cambi di profilo areale nei mutanti Emx2-/- e PaxSey/Sey | |
Al momento la nostra analisi delle funzioni di Emx2 e Pax6 nello svilupo corticale è nel pieno. Ci stiamo dotando di strumenti più avanzati per l’analisi genetica, quali topi knock-out condizionali per Emx2 e l’elettroporazione di transgeni in tessuto somatico da coltura organotipica. Usando tali strumenti, abbiamo intenzione di raggiungere questi obbiettivi:
ricostruire in profondità i meccanismi cinetici e molecolari tramite i quali i geni Emx regolano la proliferazione ed il differnziamento dei neuroblasti corticali;
ricostruire le cascate molecolari controllate dai geni Emx, rilevanti per la specificazione e la arealizzazione corticali;
esplorare gli effetti tardivi, post-natali, della assenza di Emx2 su architettura e funzione della corteccia cerebrale.
Modelling della sindrome di Williams-Beuren umana nel topo
La sindrome di Williams-Beuren (WBS) è un disordine complesso dello sviluppo, che colpisce circa una persona su 10.000. Fra i sintomi, stenosi aortica sopravalvolare (SVAS), ipercalcemia transitoria, faccia da elfo, displasie alla corteccia cerebrale, ritardo mentale ed un peculiare profilo cognitivo-comportamentale, con relativa robustezza della memoria uditiva e debolezza nei processi cognitivi visuo-motori. La WBS insorge solitamente da mutazioni de novo; in pochi casi familiari, è documentata ereditarietà autosomica dominante. La maggior parte dei pazienti di WBS sono emizigoti per una delezione comune in 7q11.23, comprendente una ventina di geni, fra i quali ELN, FZD9, LIMK1, STX1A. Mentre è comunemente accettato che l’aploinsufficienza per ELN porti alla SVAS, l’origine del profilo cognitivo-comportamentale della WBS è ancora oggetto di dibattito scientifico.
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| Fig.3. Espressione graduata di Fzd9 nel SNC embrionale medio-gestazionale di topo. | |
Al momento, stiamo generando topi portatori di specifiche mutazioni nella regione genomica sintenica alla regione umana 7q11.23, da usare come modelli animali per studiare la genesi del profilo neurologico della WBS e delle displasie corticali suggerite di stare alla sua base. La particolare configurazione del dominio di espressione corticale del gene per il WNT-recettore Fzd9, l’omologo murino dell’umano FZD9, nonché le sue distorsioni in embrioni mutanti per altri geni e con evidenti difetti di arealizzazione, ci hanno spinto a considerare tale gene un attore chiave in tale scenario; tuttavia l’aploinsufficienza per altri geni e/o moduli regolativi nella regione WBS potrebbero essere anche importanti nella neuropatogenesi della WBS. Quindi la nostra strategia si articola su due traiettorie. Stiamo inattivando Fzd9 condizionalmente nel cervello murino; in parallelo, stiamo generando una serie di delezioni semimirate comprese l’una nell’altra nella regione genomica murina sintenica alla umana 7q11.23, al fine di poter valutare la possibile contribuzione di altri geni nella delezione canonica in 7q11.23 all’origine della malattia. I mutanti verranno analizzati tramite una varietà di approcci e metodologie, dedicando particolare attenzione allo sviluppo della corteccia cerebrale e valutando accuratamente specifici tratti del loro profilo cognitivo-comportamentale.
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