Alterazione dell'eccitabilità in reti ippocampali di topi autistici TS2-NEO recanti con la mutazione G406R del canale del calcio Cav1.2 associata alla sindrome di Timothy

La sindrome di Timothy (TS) è una rara malattia genetica non ereditaria provocata da una mutazione puntiforme a carico della subunità &#945;1 del canale del calcio di tipo L Cav1.2, codificato dal gene CACNA1C. Questa mutazione è responsabile di una diminuita inattivazione del canale Cav1.2 che comporta un aumentato influsso di ioni calcio nelle cellule in cui il canale si trova espresso (cuore, cervello, muscolo liscio, surrene), con conseguenti alterazioni cellulari e d'organo molto diffuse. La sindrome è associata ad aritmie cardiache, alterazioni della funzione cognitiva e disturbi dello spettro autistico. In questo lavoro sono stati studiati gli effetti che la mutazione comporta in termini di eccitabilità cellulare in neuroni ippocampali di topo wild-type (WT) o di topo recante la mutazione G406R con aggiunta una cassetta genica di neomicina sull'esone 8 (TS2-NEO), al fine di consentirne la sopravvivenza. Inoltre sono stati testati gli effetti protettivi del calcio-antagonista nifedipina sull'attività elettrica dei neuroni TS2-NEO con l'obiettivo di capire se fosse efficace nel riportare le cellule ad una condizione il più vicino possibile a quella fisiologica. Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando matrici di micro-elettrodi (MEA, microelectrode array) che permettono di registrare l'attività elettrica spontanea a livello extracellulare. Le registrazioni sono state effettuate a diversi giorni in vitro (DIV) per poter monitorare la maturazione della rete neuronale nei due gruppi sperimentali. Dalle registrazioni effettuate su colture di soli 7 DIV prevale una notevole diminuzione della frequenza dell'attività elettrica spontanea (0,35&#61617;0,03Hz) nelle cellule TS2-NEO (n= 613 canali totali) rispetto ai WT (0,73&#61617;0,06Hz; p<0,001, usando il test-t di Student per campioni non appaiati; n= 726 canali totali). In colture più mature non sono state riscontrate differenze significative tra TS2-NEO e WT a livello di attività elettrica extracellulare. A 11 DIV il 46.15% delle cellule mutate (n= 533) mostra una frequenza di attività ridotta rispetto ai WT (n= 1060) (0.46&#61617;0,04Hz e 0.87&#61617;0,05Hz; p<0,001); tale percentuale è identica per i neuroni TS2-NEO (n= 756) in cui la frequenza dell'attività elettrica risulta aumentata (0.75&#61617;0,04Hz) rispetto alle cellule WT (0.45&#61617;0,03Hz; p<0,001; n= 988). La situazione si ripresenta simile a 14 e 18 DIV. Per quanto riguarda gli esperimenti condotti incubando le cellule con la nifedipina, l'efficacia del farmaco si osserva soprattutto nelle colture cellulari giovani (7 DIV) in cui si registra un aumento della frequenza dell' attività elettrica spontanea nei neuroni TS2-NEO. La presenza di una marcata differenza tra neuroni WT e TS2-NEO negli stadi iniziali di sviluppo e maturazione suggerisce che le alterazioni dell'eccitabilità, e quindi del funzionamento neuronale che inducono forme di autismo, abbia verosimilmente origine nei primissimi stadi di sviluppo delle reti neuronali ippocampali e possibilmente neo-corticali. Ciò potrebbe essere dovuto ad un aumentato ingresso di calcio durante depolarizzazioni sostenute, indotto dall'alterazione di Cav1.2, che determina profondi effetti sulla comunicazione neuronale in reti cellulari immature dal punto di vista morfologico e delle connessioni sinaptiche. L'assenza di differenze statisticamente significative nelle colture TS2-NEO e WT mature potrebbe essere legata ad un meccanismo di compensazione adottato dalla rete neuronale matura.