Studio dell'espressione di Nurr1 in un modello sperimentale di SLA SOD1 G93A

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease caused by degeneration of motor neurons in the cortex, brainstem and spinal cord, commonly resulting in paralysis and death in 2-5 years. In the majority of the cases, the aetiology is still unknown and the pathogenesis not completely understood. However, it has been demonstrated that inflammation covers a pivotal role in the disease progression and hence could be therapeutically targeted for the ALS treatment. In such scenario, the orphan nuclear receptor Nurr1 should be a key player, since it is involved in neuroprotection and neuromodulation: it has been studied in Parkinson disease and multiple sclerosis, where it plays an anti-inflammatory role, since it inhibits NF-kB by recruiting the CoREST complex. The aim of this thesis is to study the role of Nurr1 in ALS and its expression in different spinal cord cell types. We used for this study the SOD1 G93A ALS murine model. Mice were divided into three groups depending on the stage of the disease (pre-symptomatic, early symptomatic and late symptomatic), identified by behavioural tests. Immunofluorescence staining was performed on spinal cord sections in order to observe the expression of Nurr1 in neurons, astrocytes, oligodendrocytes and microglia, by relating it to the inflammatory state. Age-matched WT mice have been used as controls. In WT mice Nurr1 expression is steady throughout all stages of the disease and it is uniquely observed in the neurons. In pre-symptomatic TG mice, the expression level is comparable to WT mice levels, although some Nurr1-positive astrocytes start to appear. In the early symptomatic stage Nurr1-positive astrocyte level increases sharply, while the number of Nurr1-positive neurons starts to decrease. Finally, in the late symptomatic stage the overall Nurr1 expression partially decreases and only few cells (neurons and oligodendrocytes) still express it. Moreover, microglial cells never express Nurr1 during the disease progression. In conclusion we showed that Nurr1 is up-regulated in ALS and that its expression levels correlate with the progression of the disease, reaching their peak in the early symptomatic stage. We also proved that a central role is played by activated Nurr1-positive astrocytes: we hypothesize that Nurr1 could act in the attempt of protecting the motor neurons by limiting the production of neurotoxic mediators. Although additional analyses are needed, Nurr1 seems to represent a potential target for a novel therapeutic strategy in ALS.

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia progressiva neurodegenerativa causata dalla degenerazione dei motoneuroni nella corteccia cerebrale, tronco encefalico e midollo spinale, che determina paralisi e morte entro 2-5 anni. Nella maggior parte dei casi, l'eziologia è ancora sconosciuta e la patogenesi non è ancora completamente compresa. Comunque, è stato dimostrato che l'infiammazione svolge un ruolo importante nella progressione della malattia e perciò potrebbe essere usato come target terapeutico nel trattamento della SLA. In questo scenario, il recettore nucleare orfano Nurr1 gioca un ruolo chiave in quanto è coinvolto nella neuroprotezione e nella neuromodulazione: è stato studiato nel Parkinson e nella sclerosi multipla, dove svolge un ruolo anti-infiammatorio, in quanto inibisce NF-kB reclutando il complesso CoREST. Lo scopo di questa tesi è di studiare il ruolo di Nurr1 nella SLA e la sua espressione in diversi tipi cellulari del midollo spinale. Per lo studio abbiamo usato il modello murino di SLA SOD1 G93A. I topi sono stati divisi in tre gruppi in base allo stadio della malattia (presintomatico, fase iniziale dei sintomi e fase finale dei sintomi), identificati con test comportamentali. Le colorazioni in immunofluorescenza sono state fatte su sezioni di midollo spinale in modo da poter osservare l'espressione di Nurr1 in neuroni, astrociti, oligodendrociti e microglia, associandola allo stato infiammatorio. Topi WT della stessa età sono stati usati come controllo. Nei topi WT l'espressione di Nurr1 è costante in tutte le età ed è ristretta esclusivamente ai neuroni. Nei topi TG presintomatici, i livelli di espressione sono confrontabili ai livelli dei topi WT, seppure comincino a comparire alcuni astrociti Nurr1 positivi. Nella prima fase dei sintomi, gli astrociti Nurr1 positivi aumentano velocemente, mentre il numero di neuroni positivi a Nurr1 inizia a diminuire. Infine, nella fase terminale dei sintomi, l'espressione generale di Nurr1 decresce parzialmente e viene espresso solo più da poche cellule (neuroni e oligodendrociti). Inoltre, le cellule della microglia non esprimono mai Nurr1 durante la progressione della malattia. In conclusione, abbiamo dimostrato che che Nurr1 è up-regolato nella SLA e che i suoi livelli di espressioni correlano con la progressione della malattia, raggiungendo il picco nella fase iniziale della malattia. Abbiamo anche dimostrato che gli astrociti attivati positivi a Nurr1 svolgono un ruolo centrale: abbiamo ipotizzato che Nurr1 possa agire cercando di proteggere i motoneuroni limitando la produzione di mediatori neurotossici. Anche se sono necessarie analisi addizionali, Nurr1 sembra essere un potenziale target per una nuova strategia terapeutica nella SLA.