Caratterizzazione e Funzioni delle Sinapsi Inibitorie sui Progenitori degli Oligodendrociti nel Cervelletto

Neural progenitors expressing proteoglycan NG2, also known as oligodendrocyte progenitor cells (OPC) or polydendrocytes, are widespread in the grey and white matter of the central nervous system. During embryogenesis, they appear after the fourteenth day of embryonic development (E 14.5) in mouse and between E 15-E 17 in rat spinal cord. With in vivo analysis it has been possible to follow their development, thereby demonstrating that they are able to differentiate into myelinating oligodendrocytes. A portion of these cells still remains in the undifferentiated stage both in the mature central nervous system in physiological conditions and after neurodegeneration. NG2-positive (+) cells are characterized by the expression of different voltage-gated channels, such as potassium, sodium or calcium channels, as well as the NMDA and AMPA/kainate ionotropic receptors for the excitatory neurotransmitter glutamate and receptors for the inhibitory neurotransmitter γ-aminobutyric acid (GABA). Solid electrophysiologycal evidence has demonstrated that their activation gives rise to depolarizing currents, whose function(s) in neural circuitry, however, is still unclear. Communication between OPC and neurons based on the use of neurotransmitters has been proposed as the regulator of OPC differentiation, maturation and migration rate, both in physiological and pathological conditions. Few data have been reported on the integration of NG2 + cells in the cerebellar neuronal circuits. Glutamate release from climbing fibers evokes fast AMPA responses in OPCs of the cerebellar molecular layer. NG2 + cells also receive multiple inputs from a single climbing fiber and are innervated by multiple axons deriving from distinct neurons of the inferior olive. Cerebellar OPCs appear also to contact boutons that do not possess synaptic structures, suggesting the presence of a direct communication with axons probably based on extrasynaptic glutamate release by unmyelinated axons. The aim of this work is to examine the morphology, composition and function(s) of the synaptic contacts between GABAergic neurons and OPCs in mouse cerebellum at early postnatal life stages (P7, P21) and in adulthood (P40). The cerebellum appears particularly suitable to this analysis because it contains four well-described different types of neurons using preferentially GABA as inhibitory neurotransmitter, and electrophysiologycal data on OPC participation in the cerebellar circuitry are available, although their role remain unclear.

I progenitori neurali che esprimono il proteoglicano NG2, conosciuti anche come progenitori degli oligodendrociti (OPC) o polidendrociti, sono localizzati all'interno della sostanza bianca a grigia del sistema nervoso centrale. Durante l'embriogenesi appaiono dopo il quattordicesimo giorno di sviluppo embrionale (E 14.5) nel topo e tra E 15-E 17 nel ratto nel midollo spinale. Studi eseguiti in vivo hanno permesso di seguirne lo sviluppo, dimostrando che sono in grado di differenziare in oligodendrociti produttori di mielina. Una parte di queste cellule permane comunque nello stadio indifferenziato nel sistema nervoso maturo in condizioni fisiologiche e anche in seguito a neurodegenerazione. Le cellule NG2+ sono caratterizzate dall'espressione di diversi canali voltaggio-dipendenti, come canali del potassio, del sodio o del calcio, nonché di recettori ionotropi NMDA e recettori AMPA/kainato per il neurotrasmettitore eccitatorio glutammato e recettori per il neurotrasmettitore inibitorio acido γ-amminobutirrico (GABA). In letteratura, vi sono numerosi studi di elettrofisiologia che dimostrano come l'attivazione di questi recettori generi correnti depolarizzanti, la cui funzione nella circuiteria neuronale è però ancora poco chiara. La comunicazione tra OPC e neuroni basata sull'utilizzo dei neurotrasmettitori è stata proposta come il regolatore del loro tasso di differenziamento, nonchè della maturazione e migrazione, sia in condizioni fisiologiche che patologiche. Sono note poche caratteristiche dell'integrazione delle cellule NG2+ nei circuiti neuronali nel cervelletto. Il rilascio del glutammato dalle fibre rampicanti risulta nell'attivazione dei recettori AMPA con cinetiche rapide negli OPC dello strato molecolare del cervelletto. Le cellule NG2+ possono inoltre ricevere input multipli da una sola fibra rampicante e sono innervate da più assoni provenienti dai nuclei olivari inferiori del bulbo. Gli OPC cerebellari sembrano contattare anche bottoni che non emettono giunzioni sinaptiche, suggerendo la presenza di una comunicazione diretta con gli assoni probabilmente basata sul rilascio extrasinaptico di glutammato da parte di assoni non mielinizzati. Lo scopo delle analisi sperimentali presentate in questa tesi è caratterizzare i contatti sinaptici GABAergici tra neuroni e OPC dal punto di vista morfologico nel cervelletto murino nelle prime fasi di vita postnatale (P7, P21) e in età adulta (P40), e cercare di colmare le lacune presenti in letteratura sulla funzione di questi contatti. La sede anatomica della nostra indagine è stato il cervelletto poichè vi risiedono quattro diverse popolazioni neuronali inibitorie che utilizzano preferenzialmente il GABA come neurotrasmettitore, ed è inoltre noto dalla letteratura il coinvolgimento degli OPC nella circuiteria cerebellare, benchè non se ne comprenda il ruolo.