Titolo della tesi: Neurodegenerative and neuroinflammatory mechanisms in neurological and psychiatric disorders
Il sistema nervoso centrale (SNC) possiede una straordinaria capacità di adattamento strutturale e funzionale, che consente ai circuiti neuronali di rimodellarsi in risposta a stimoli ambientali, lesioni o condizioni patologiche. L’alterazione di questi processi adattativi può determinare modificazioni maladattative che contribuiscono all’insorgenza e alla progressione di diverse malattie neurologiche.
La presente tesi comprende tre studi indipendenti ma concettualmente correlati, ciascuno dei quali affronta una specifica condizione patologica in cui la plasticità neuronale riveste un ruolo chiave.
Il primo progetto ha indagato il ruolo delle reti perineuronali (PNN), strutture condensate della matrice extracellulare (ECM) che avvolgono i neuroni, in particolare gli interneuroni Parvalbumina-positivi, nel dolore neuropatico. Nel modello murino di neuropatia cronica da costrizione unilaterale (CCI) del nervo sciatico, abbiamo osservato una riduzione delle soglie di dolore meccanico e termico, accompagnata da un aumento della densità di PNN marcate con WFA⁺ (Wisteria Floribunda Agglutinin) in diverse aree cerebrali coinvolte nell’elaborazione del dolore, tra cui la corteccia somatosensoriale (SSC), la corteccia prefrontale mediale (mPFC), i nuclei reticolari talamici (RTN) e la corteccia insulare. Tali alterazioni strutturali sono associate a un incremento dell’espressione dei proteoglicani brevicano e neurocano nella SSC e nella mPFC. La degradazione enzimatica delle reti perineuronali mediante condroitinasi ABC nella SSC o nei nuclei reticolari talamici controlaterali alla lesione ha attenuato l’iperalgesia indotta da CCI, mentre il silenziamento mediante siRNA diretto contro l’enzima deputato alla degradazione delle reti perineuronali, la metalloproteasi della matrice-9 (MMP-9), ha determinato una diminuzione delle soglie del dolore solo negli animali sham-operati. Complessivamente, questi risultati indicano che un’aumentata formazione o una ridotta degradazione delle reti perineuronali nelle regioni della “pain matrix” contribuisce in modo causale alla sensibilizzazione nocicettiva e alla persistenza del dolore cronico (Mascio et al., 2025).
Il secondo progetto ha indagato il coinvolgimento dei recettori metabotropici per il glutammato di gruppo II (mGlu2 e mGlu3) nel disturbo da uso di metanfetamina (MUD), una condizione caratterizzata da persistenti deficit cognitivi e da elevata vulnerabilità alla ricaduta. Nei topi wild-type, la somministrazione ripetuta di metanfetamina (1 mg/kg, i.p., una volta al giorno per 5 giorni), seguita da 7 giorni di astinenza, ha compromesso la memoria di riconoscimento di un nuovo oggetto. Tale deficit è assente nei topi mGlu2-/- e mGlu3-/- ed è prevenuto dal blocco farmacologico con modulatori allosterici negativi (NAM) selettivi per i recettori mGlu2 (VU6001966) o mGlu3 (VU0650786). La metanfetamina ha determinato inoltre un aumento dell’espressione dei recettori mGlu2/3 e delle proteine presinaptiche coinvolte nel rilascio di glutammato, vGlut1, Rab3A e AGS3, nella PFC. A livello funzionale, il trattamento con metanfetamina ha alterato la segnalazione mediata dai recettori mGlu2/3: pur non modificando l’inibizione della formazione di cAMP, la metamfetamina ha abolito la capacità dei recettori mGlu3 postsinaptici di potenziare l’idrolisi dei polifosfoinositidi mediata dai recettori mGlu5 nella PFC. Paradossalmente, l’attivazione dei recettori mGlu2/3 presinaptici ha amplificato il rilascio di [3H]-D-aspartato indotto da depolarizzazione nei sinaptosomi della PFC. Questi risultati indicano che la metanfetamina altera profondamente l’espressione e la funzione dei recettori mGlu2/3, causando una disregolazione della trasmissione glutamatergica nella PFC. L’inibizione selettiva di questi recettori potrebbe dunque rappresentare una promettente strategia terapeutica per contrastare la disfunzione cognitiva indotta da metanfetamina (Busceti et al., 2024).
Infine, il terzo progetto ha valutato se le terapie modificanti la malattia (DMT) comunemente utilizzate nella sclerosi multipla (SM) possano influenzare l’espressione dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2), principale recettore di ingresso del virus SARS-CoV-2. Per valutare se i farmaci utilizzati nella sclerosi multipla (fingolimod, cladribina, dimetil fumarato e teriflunomide) influenzino l’espressione proteica e i livelli di mRNA di ACE2, sono state impiegate due diverse linee cellulari di carcinoma polmonare umano (Calu-3 e A549-hACE2-TMPRSS2) che esprimano ACE2, in condizioni basali e in condizioni pro-infiammatorie indotte da interleuchina-1β (IL-1β). Nelle cellule Calu-3, il fingolimod ha ridotto significativamente i livelli di ACE2 in condizioni infiammatorie, mentre il dimetil fumarato e la teriflunomide ne hanno aumentato l’espressione sia in condizioni basali che pro-infiammatorie; la cladribina, invece, ha incrementato l’espressione di ACE2 in condizioni basali. Nelle cellule A549-hACE2-TMPRSS2, il fingolimod ha ridotto l’espressione proteica di ACE2 e i livelli di mRNA sia in condizioni basali che pro-infiammatorie. Il trattamento con cladribina o teriflunomide, seguito da stimolazione con IL-1β, ha determinato una significativa riduzione dell’espressione proteica di ACE2, tuttavia, la teriflunomide ha contemporaneamente aumentato l’espressione dell’mRNA di ACE2 sia in condizioni basali sia infiammatorie. Questi risultati indicano che i diversi farmaci per la SM possono modulare in modo differenziale l’espressione di ACE2 e suggeriscono che il fingolimod, in particolare, potrebbe esercitare un effetto protettivo nei confronti dell’infezione da SARS-CoV-2 nei pazienti trattati, grazie alla sua capacità di ridurre l’espressione di ACE2 (Ginerete et al., manoscritto in revisione).
Complessivamente, questi studi forniscono una comprensione più ampia dei meccanismi molecolari e cellulari alla base della disfunzione del SNC in diversi disturbi neurologici, offrendo prospettive complementari che potrebbero orientare lo sviluppo di strategie terapeutiche più mirate.
Busceti CL, Di Menna L, Castaldi S, D'Errico G, Taddeucci A, Bruno V, Fornai F, Pittaluga A, Battaglia G, Nicoletti F. Adaptive Changes in Group 2 Metabotropic Glutamate Receptors Underlie the Deficit in Recognition Memory Induced by Methamphetamine in Mice. eNeuro. 2024; 11(8):ENEURO.0523-23.2024.
Ginerete RP, Imbriglio T, Alborghetti M, Cannella M, Ceccherelli A, Castaldi S, Notartomaso S, Norma L, Battaglia G, Bruno V. Effects of Drugs for the Treatment of Multiple Sclerosis in Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Infection on the Expression of Angiotensin-Converting Enzyme 2 in Vitro. Current Neuropharmacology. 2025, Manuscript under review.
Mascio G, Notartomaso S, Ginerete RP, Imbriglio T, Bucci D, Liberatore F, Ceccherelli A, Castaldi S, Zampini G, Cannella M, Nicoletti F, Battaglia G, Bruno V. Formation of perineuronal nets within a thalamocortical circuit shapes mechanical and thermal pain thresholds in mice with neuropathic pain. Pain. 2025; 166(5):1128-1142.