Come alterano i neuroni autistici le
mutazioni in SHANK2
DIANE RICHMOND
NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 30 marzo
2019.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia”
(BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi
rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente
lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di
pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei
soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Mutazioni eterozigotiche
con perdita di funzione in SHANK2 sono
associate a disturbi dello spettro dell’autismo (ASD, da autism spectrum disorder),
ma non si conoscono bene le alterazioni determinate da questa causa genetica
nei neuroni dei bambini affetti. In particolare, ci si è chiesti se oltre la
modificazione dei pattern
macroscopici caratteristica di questi disturbi, le mutazioni in questo gene
alterino specificamente la configurazione strutturale, e conseguentemente la
funzione, dei singoli neuroni della corteccia cerebrale. Un altro interrogativo
al vaglio della ricerca riguarda la possibilità di alterazioni del trascrittoma nei portatori di alleli SHANK2 mutati.
In uno studio canadese, realizzato
con la partecipazione di numerosi ricercatori coordinati da Michael W. Salter e
James Ellis, sono stati generati neuroni corticali da
cellule staminali pluripotenti indotte, provenienti da donatori affetti da ASD,
e studiati in dettaglio con risultati di notevole interesse.
(Zaslavsky
K., et
al. SHANK2 mutation associated with autism spectrum disorder cause hyperconnectivity of human neurons. Nature Neuroscience - Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-019-0365-8,
2019).
La provenienza degli autori è la seguente: Developmental
& Stem Cell Biology Program, The Hospital for Sick Children, Toronto,
Ontario (Canada); Neuroscience & Mental Health Program, The Hospital for
Sick Children, Toronto, Ontario (Canada); Genetics & Genome Biology
Program, The Hospital for Sick Children, Toronto, Ontario (Canada); Department
of Molecular Genetics, The University of Toronto, Toronto, Ontario (Canada);
McLaughlin Centre, The University of Toronto, Ontario (Canada); Department of
Physiology, The University of Toronto, Toronto, Ontario (Canada).
Le proteine di impalcatura SHANK sono importanti organizzatori
delle proteine di segnale nel compartimento post-sinaptico dei neuroni eccitatori.
Il valore fisiologico di tali polipeptidi strutturali sta diventando chiaro per
deduzione, dall’ampio spettro di disturbi neuroevolutivi
e neuropsichiatrici associati a varianti SHANK,
presenti nei pazienti e assenti nelle persone non affette da disturbi. I
fenotipi psichiatrici, inclusi i disturbi dello spettro dell’autismo, sono
riprodotti per similarità comparata in numerose linee di topi Shank2 e Shank3.
In particolare, le isoforme SHANK2 del topo sono attualmente di ampio impiego nella ricerca sui
disturbi neuroevolutivi, e nuove strategie genetiche
consentono di affiancare alle tre linee convenzionali di topi Shank2, altre
sette linee condizionali[1].
I ricercatori canadesi hanno
generato neuroni corticali da staminali pluripotenti indotte derivate da
donatori non affetti da disturbi e da pazienti diagnosticati di ASD presso
l’Hospital for Sick Children
di Toronto. Hanno poi provveduto alla realizzazione di specifiche co-colture
per effettuare i saggi di connettività. Nell’ambiente di coltura i neuroni
portatori delle mutazioni in SHANK2 e
i neuroni di controllo sono stati contrassegnati in maniera differenziata e
disseminati insieme con una distribuzione sparsa su un tappeto di cellule
nervose di controllo non contrassegnate. In tal modo, è stato possibile
confrontare il profilo citologico, e dunque l’anatomia microscopica, delle
cellule portatrici della mutazione con perdita di funzione in SHANK2 con la morfologia delle cellule
nervose ottenute con la riprogrammazione da donatori sani.
Nelle cellule nervose provenienti
dagli affetti da ASD è stata osservata un’aumentata lunghezza dei dendriti, un’accresciuta
complessità nello sviluppo strutturale delle arborizzazioni dendritiche, con
aumento del loro volume assoluto, e un significativo aumento del numero delle
giunzioni sinaptiche. A questo quadro morfologico di iperconnettività
del singolo neurone, si è aggiunto il rilievo funzionale, nello studio
dell’elettrofisiologia sinaptica, di una più alta frequenza di correnti
post-sinaptiche eccitatorie spontanee.
Queste caratteristiche erano fenocopiate dalle cellule nervose knockout gene-edited omozigoti SHANK2
ed eliminate, con ripristino dei caratteri normali dei neuroni di controllo,
mediante correzione genica di una mutazione SHANK2
portatrice di ASD.
Kirill Zaslavsky e colleghi hanno esplorato le
caratteristiche dell’aumento dimensionale dei dendriti e dell’accresciuta
complessità delle loro ramificazioni, sottoponendole agli effetti di fattori
noti per la loro azione sui processi della cellula nervosa. L’IGF1, il TG003 e
il BDNF determinavano un’esasperazione della crescita dimensionale non
fisiologica dei dendriti delle cellule nervose portatrici dell’alterazione di SHANK2, mentre il trattamento con DHPG
sopprimeva l’effetto.
L’esame del trascrittoma
nei neuroni isogenici SHANK2 ha fatto
registrare una perturbazione nei set
di geni responsabili della morfogenesi dei neuroni, della fisiologia delle
sinapsi e della plasticità, ed ha mostrato anche l’alterazione dei moduli
genici dell’ASD.
In sintesi, i risultati di questo
studio forniscono evidenze della tendenza, nei disturbi dello spettro
dell’autismo associati a SHANK2, ad
un’alterazione dei singoli neuroni corticali espressa come iperconnettività
aberrante; e poi dimostrano, nel trascrittoma dei
neuroni SHANK2 derivati da pazienti
affetti da ASD, un allontanamento dal profilo fisiologico di vari set di geni.
L’autrice della nota ringrazia
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione
della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono
nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella
pagina “CERCA”).
Diane Richmond
BM&L-30 marzo 2019
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scientifica e culturale non-profit.
[1]
Per un approfondimento si veda: Eltokhi A., et al. Distinct Phenotypes of Shank2 Mouse Models
Reflect Neuropsychiatric Spectrum Disorders of Human Patients with SHANK2
Variants. Frontiers in Molecular
Neuroscience 11: 240, Jul 19,
2018.