Presentazione Pisani

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Presentazione Pisani

  1. 1. “ Modelli sperimentali di distonia: implicazioni per la patogenesi” Antonio Pisani Clinica Neurologica , Università di Roma “Tor Vergata”; Fondazione Santa Lucia, IRCCS Roma XLI Congresso Società Italiana di Neurologia Catania, 25 Ottobre 2010 Associazione Italiana di Neuropatologia- AINP
  2. 2. Prima che la DBS diventi l’unica scelta....
  3. 3. Trattamento farmacologico: cosa abbiamo a disposizione?
  4. 4. Considerazioni <ul><li>Al momento non esiste trattamento efficace, nè esiste un modello sperimentale del tutto adeguato </li></ul><ul><li>Non vi è reale evidenza di alterazioni neuropatologiche nelle distonie primarie </li></ul>
  5. 5. Approccio multidisciplinare
  6. 6. Perché lo studio dei modelli animali <ul><li>La scoperta di molteplici mutazioni genetiche ha portato alla creazione di modelli genetici di patologia. </li></ul><ul><li>La maggior parte di questi modelli non presentano evidenti manifestazioni fenotipiche di distonia, nè perdita neuronale in specifiche aree cerebrali. Tuttavia, sono state riscontrate anomalie motorie latenti e chiare alterazioni di plasticità sinaptica, suggestive di un’alterazione a livello dei circuiti dei gangli della base. </li></ul>
  7. 7. <ul><li>Decifrare il ruolo delle mutazioni genetiche nella distonia </li></ul><ul><li>Rosetta Stone, </li></ul><ul><li>British Museum, London </li></ul>
  8. 8. Modelli animali
  9. 9. Modelli Farmacologici LeDoux, in press
  10. 10. Modelli con mutazioni spontanee
  11. 11. Modelli genetici
  12. 12. Knockouts selettivi di torsinA <ul><li>Strategies: </li></ul><ul><li>Transgenic </li></ul><ul><ul><li>DAT-Cre </li></ul></ul><ul><li>Viral </li></ul><ul><ul><li>AAV-Cre </li></ul></ul>DAT-Cre AAV8 Cre Cre TH Cre TH
  13. 13. Modelli murini di DYT1 Distonia Knock-out Knock-down Wild-type Cortex-, Cerebellum-, Striatum-, dopaminergic neuron-specific Knock-out of Dyt1 ∆ GAG Knock-in Mice
  14. 14. DYT1: Early-onset generalized torsion dystonia (Oppenheim Dystonia) <ul><li>Eredità autosomica dominante con una penetranza ridotta(~30%, 70% asintomatici) </li></ul><ul><li>Maggior parte dei casi causata da delezione GAGdel gene DYT1 su cromosoma 9q34, che determina perdita di residuo di acido glutammico nella proteina TorsinA (Ozelius et al., Nature Genetics, 1997) </li></ul><ul><li>No evidenza di neurodegenerazione </li></ul><ul><li>“ Tipico” fenotipo DYT1 :- early-onset (< 28 anni), esordio ad un arto; frequente generalizzazione; </li></ul><ul><li>No trattamenti curativi </li></ul>
  15. 15. <ul><li>Topi transgenici che esprimono human mutant torsinA (hMT) o human wild-type (hWT) torsinA. </li></ul><ul><li>Topi hMT mice non manifestano evidente distonia, ma presentano alterazioni di apprendimento motorio </li></ul>CMV transgenic mouse model
  16. 16. Motor Learning in TorsinA transgenic mice N. Sharma, 2005
  17. 17. La plasticità sinaptica come endofenotipo specifico per la DYT1 dystonia
  18. 18. Motor learning Synaptic plasticity Analisi della fisiologia striatale
  19. 19. Ipotesi “striatale” di distonia <ul><li>Lesioni ischemiche o meccaniche dello striato causano distonia (Bhatia and Marsden 1994) </li></ul><ul><li>Blocco farmacologico acuto dei recettori D2 striatali causa distonia </li></ul><ul><li>La distonia è spesso manifestazione di malattia di Parkinson </li></ul>
  20. 20. Striatal Signaling <ul><li>Glutamatergic afferents from cortex </li></ul><ul><li>Dopaminergic afferents from SN </li></ul><ul><li>Cholinergic (and other) interneurons </li></ul><ul><li>GABAergic efferents </li></ul>Ach Glutamatergic input from Cortex Dopaminergic input from SNc Direct Pathway Indirect Pathway Putamen GABA GABA GABA
  21. 21. Methods: coronal slice preparation and morphology
  22. 22. Methods: parasagittal slice preparation and morphology
  23. 23. Medium spiny neuron Confocal microscope image of a spiny neuron from a DYT1 mutant mouse, filled during electrophysiological recordings with biocytin
  24. 26. Bidirectional long-term plasticity at corticostriatal synapses HFS Time (sec) -1000 0 1000 2000 3000 4000 40 80 120 160 200 240 E P S P a m p l i t u d e ( % o f c o n t r o l ) 0 20 LFS HFS = LTD LTP
  25. 27. Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice Martella et al., 2009
  26. 28. Bidirectional impairment of synaptic plasticity in hMT mice Martella et al., 2009
  27. 29. Interim summary a “ loss of inhibition ” characterizes the impairment of synaptic plasticity
  28. 30. Quali meccanismi alla base di questa “loss of inhibition”?
  29. 31. DA Cholinergic Interneuron Medium Spiny Neuron LTP LTD HFS
  30. 32. DA Pisani et al., 2006 enhanced LTP no LTD HFS
  31. 33. Interactions between Medium Spiny Neuron and Cholinergic Interneuron Pisani et al., 2007
  32. 34. Role of endogenous acetylcholine Martella et al., 2009
  33. 35. Role of endogenous acetylcholine: treatment with (Artane®) Martella et al., 2009
  34. 36. Martella et al., 2009 Lowering ACh tone rescues SD
  35. 37. Increased AChE activity In collaboration with E. Cacci and S. Biagioni, University of Rome “La Sapienza”
  36. 38. Conclusioni <ul><li>In topi hMT, con torsinA mutata, le sinapsi corticostriatali glutamatergiche mostrano aumentata tendenza alla facilitazione (LTP-like), associata a perdita di meccanismo inibitori (LTD and SD-like). </li></ul><ul><li>L’incapacità di ristabilire i livelli di attività sinaptica di base possono indicare la perdita di capacità di selezionare tra pattern motori competitivi e quindi rendere conto del cosiddetto fenomeno dell “ overflow ”. </li></ul>
  37. 39. Conclusioni <ul><li>I modelli animali sono essenziali nel campo dei disordini del movimento per esplorare singoli momenti patogenetici e per valutare l’efficacia di farmaci selettivi per specifici target molecolari. </li></ul><ul><li>I dati presentati possono rappresentare un correlato cellulare per l’alterazione di plasticità sinaptica osservata nei portatori sani di mutazione DYT1. </li></ul><ul><li>Inoltre, forniscono una razionale spiegazione per l’efficacia terapeutica dei farmaci anticolinergici. </li></ul>
  38. 40. Università di Roma “Tor Vergata” Giorgio Bernardi Giusy Martella Paola Platania Grazia Madeo Tommaso Schirinzi Fondazione Santa Lucia, Roma Paola Bonsi Giuseppe Sciamanna Annalisa Tassone Georgia Mandolesi Francesca Puglisi Vladimiro Batocchi
  39. 41. A special thank to our Collaborators! University of Alabama at Birmingham, USA David G. Standaert, Yuking Li Harvard Medical School, USA Nutan Sharma, Xandra O. Breakefield CEINGE, Italy Alessandro Usiello Karolinska Inst., Sweden Gilberto Fisone

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