INDAGINE SULLA MIGRAZIONE DEGLI INTERNEURONI E SUL SUO RUOLO NEI DISTURBI DEL NEUROSVILUPPO ATTRAVERSO APPROCCI INNOVATIVI

Neurodevelopmental disorders arise from complex and heterogeneous disruptions in brain development, often linked to interneuron migration defects. Despite significant advances, critical gaps remain in understanding the genetic determinants of these disorders, like the limitations of traditional animal models, and the development of patient-specific therapeutic strategies. A major challenge in studying NDDs is the incomplete characterization of the genes involved, necessitating scalable platforms for genetic screening in human-specific contexts. Additionally, even if murine models have been precious for investigating interneuron function, they fail to fully capture the complexity of human cortical development. Brain organoids, particularly assembloids, provide a promising alternative by allowing interneuron migration studies in a humanderived system, highlighting species-specific differences. Furthermore, therapeutic approaches for NDDs remain largely pharmacological, emphasizing the need for innovative interventions. This thesis explores these challenges analysing three experimental works. The first employs CRISPR screening in human forebrain assembloids to systematically identify genes regulating interneuron generation and migration. The second investigates Timothy syndrome, demonstrating how a single-gene mutation alters migration dynamics via dysregulated calcium signaling and actomyosin dysfunction. The third examines interneuron transplantation as a potential therapeutic strategy, showing its ability to restore inhibitory balance in a murine epilepsy model. These findings highlight the need for translational approaches that combine genetic screening, disease modelling and cell-based therapies to advance precision medicine for neurodevelopmental disorders.

I disturbi del neurosviluppo derivano da difetti complessi ed eterogenei dello sviluppo cerebrale, spesso associati a disfunzioni nella migrazione degli interneuroni. Nonostante i significativi progressi della ricerca, persistono lacune critiche nella comprensione dei determinanti genetici di questi disturbi, come i limiti dei modelli animali tradizionali e la necessità di strategie terapeutiche specifiche per il paziente. Una delle principali difficoltà nello studio dei disturbi del neurosviluppo è la caratterizzazione ancora incompleta dei geni coinvolti, rendendo indispensabili piattaforme scalabili per lo screening genetico in contesti umani. Inoltre, sebbene i modelli murini siano stati fondamentali per investigare le funzioni degli interneuroni, non riescono a cogliere pienamente la complessità dello sviluppo corticale umano. Gli organoidi cerebrali, in particolare gli assembloidi, rappresentano un’alternativa promettente, consentendo di studiare la migrazione degli interneuroni in un sistema derivato da cellule umane e mettendo in evidenza le differenze specie-specifiche. Inoltre, le attuali strategie terapeutiche per i disturbi del neurosviluppo si basano prevalentemente su approcci farmacologici, sottolineando la necessità di interventi innovativi. Questa tesi affronta tali sfide attraverso l’analisi di tre studi sperimentali. Il primo utilizza uno screening CRISPR in assembloidi del prosencefalo umano per identificare sistematicamente i geni che regolano la generazione e la migrazione degli interneuroni. Il secondo esamina la sindrome di Timothy, dimostrando come una mutazione a singolo gene alteri la dinamica migratoria attraverso la disregolazione del segnale del calcio e il malfunzionamento dell’actomiosina. Il terzo esplora il trapianto di interneuroni come potenziale strategia terapeutica, evidenziandone la capacità di ripristinare l’equilibrio inibitorio in un modello murino di epilessia. Questi risultati sottolineano l’importanza di approcci traslazionali che combinino screening genetico, modellizzazione delle malattie e terapie cellulari per promuovere la medicina di precisione nei disturbi del neurosviluppo.