Ruolo della proteina Ambra1 nel rapporto eccitazione/inibizione ippocampale: implicazioni nei disturbi del neurosviluppo

Excitatory / inhibitory synaptic transmission imbalance has been seen to be implicated in neurodevelopmental disorders such as Autism and Schizophrenia (Durand, M.C. et al., 2007; Bozdagi, O. et al., 2010). Within these disorders an important role is played by the Hippocampus, as an area used for cognitive and social processes. In this region the excitatory synaptic transmission is carried out by the pyramidal neurons, the inhibitory one is carried out by the GABergic interneurons; in particular, the subpopulation of interneurons expressing Parvalbumin (PV +) appears to be crucial in maintaining this balance (Filice, F. and Swaller, B., 2007). According to recent studies, the onset of Autism and Schizophrenia has also been associated with the AMBRA1 gene, both in the haploinsufficient mouse model for the Ambra1 protein (Ambra1 +/-) (Dere, E. et al., 2014) and in humans ( Mitjans, M. et al., 2017; Heinreich, A. et al., 2013). Ambra1 is a fundamental protein in the period of neurodevelopment, in fact the animal homozygous haploinsufficient for Ambra1 dies in embryonic age due to excessive cell proliferation and defects in the closure of the neural tube (Fimia, G.M. et al., 2007). On the basis of these evidences, in my thesis work we wanted to study the role of haploinsufficiency of the Ambra1 protein in the hippocampal excitation / inhibition relationship and in neurodevelopmental disorders. Our results show that Ambra1 +/- adult animals exhibit autistic-like behaviors and a reduction in the number of PV + interneurons restricted only to the female gender. The reduction in the number of interneurons in the hippocampus produces as a consequence a reduced inhibitory synaptic transmission, which results in the reduction of gamma oscillations, typical of PV + interneurons, reduced synaptic plasticity in CA1 and reduced dendritic spine density of pyramidal neurons. At the embryonic stage e13.5, on the other hand, we found an increased apoptosis in the Median Ganglionary Eminence (MGE) of Ambra1 +/- female animals, a region in which the progenitor neurons of the PV + interneurons are formed. All these data suggest that there is an Ambra1-dependent mechanism that determines the imbalance between the excitatory / inhibitory component in the Hippocampus, contributing to the altered brain activity that underlies the neurodevelopmental disorders.

Lo squilibrio della trasmissione sinaptica eccitatoria/inibitoria è stato visto essere implicato nei disturbi del neurosviluppo, quali Autismo e Schizofrenia (Durand, M.C. et al., 2007; Bozdagi, O. et al.,2010). Nell'ambito di questi disturbi un ruolo importante è rivestito dall'Ippocampo, in quanto area adibita ai processi cognitivi e sociali. In questa regione la trasmissione sinaptica eccitatoria è svolta dai neuroni piramidali, quella inibitoria è a carico degli interneuroni GABergici; in particolare, la sottopopolazione degli interneuroni che esprimono la Parvalbumina (PV+) sembra essere cruciale nel mantenimento di questo equilibrio (Filice, F. and Swaller, B., 2007). L'insorgenza di Autismo e Schizofrenia è stata associata, secondo studi recenti, anche al gene AMBRA1, sia nel modello murino aploinsufficiente per la proteina Ambra1 (Ambra1+/-) (Dere, E. et al., 2014) che nell'uomo (Mitjans, M. et al., 2017; Heinreich, A. et al., 2013). Ambra1 è una proteina fondamentale nel periodo del neurosviluppo, infatti l'animale omozigote aploinsufficiente per Ambra1 muore in età embrionale a causa di una eccessiva proliferazione cellulare e difetti nella chiusura del tubo neurale (Fimia, G.M. et al., 2007). Sulla base di queste evidenze, nel mio lavoro di tesi abbiamo voluto studiare il ruolo dell'aploinsufficienza della proteina Ambra1 nel rapporto eccitazione/inibizione ippocampale e nei disturbi del neurosviluppo. Dai nostri risultati emerge che gli animali Ambra1+/- adulti presentano comportamenti simil autistici e riduzione del numero di interneuroni PV+ ristretti solo al genere femminile. La riduzione del numero di interneuroni in Ippocampo produce come conseguenza una ridotta trasmissione sinaptica inibitoria, che si traduce con la riduzione delle oscillazioni gamma, tipiche degli interneuroni PV+, ridotta plasticità sinaptica in CA1 e ridotta densità di spine dendritiche dei neuroni piramidali. Allo stadio embrionale e13.5 invece abbiamo riscontrato una aumentata apoptosi nell'Eminenza Ganglionare Mediana (MGE) degli animali femmine Ambra1+/-, regione in cui si ha la formazione dei neuroni progenitori degli interneuroni PV+. Tutti questi dati suggeriscono che vi sia un meccanismo dipendente da Ambra1 che determina lo squilibrio tra componente eccitatoria/inibitoria in Ippocampo, contribuendo all'alterata attività cerebrale che sottende i disturbi del neurosviluppo.