Alterazione della neurotrasmissione GABAergica corticale in un modello murino di Atrofia Muscolare Spinale

Spinal muscular atrophy (SMA) is a pediatric neurodegenerative disease characterized by degeneration of lower motor neurons and resulting muscle atrophy. In addition, studies in a murine model of the disease (SMAΔ7 mice) have also shown neuronal alterations in the motor cortex. SMA is due to the lack of survival motor neuron (SMN) protein, however many aspects of its pathogenesis remain unclear and current therapeutic options (aimed at increasing the SMN production) still show several limitations. Pharmacological repositioning studies have highlighted a neuroprotective effect of drugs modulating GABA (the main inhibitory neurotransmitter of the central nervous system) in SMA, although the mechanisms involved are still elusive. Therefore, we analyzed the mechanisms of GABA synthesis and the morphology/distribution of Parvalbumin-positive interneurons (PV+, the main GABAergic cortical interneurons) in sensory and motor cortex samples of SMAΔ7 mice, in the advanced stage of the disease (postnatal day 12), compared to control mice (healthy). Through immunofluorescence reactions, we observed, in SMAΔ7 mice, a significant reduction in both GABA immunoreactivity (-57%) and GABAergic cell density (-24%), and in the immunopositive profiles density of the enzymes responsible for the neurotransmitter synthesis, GAD65 and GAD67 (-60% and -64%, respectively). Molecular analysis (WB) confirmed reduced protein levels of GAD65 (-22%) and GAD67 (-25%). Similarly, significant alterations in the morphology, immunoreactivity (-49%) and number (-34%) of PV+ interneurons were found in the analyzed cortical areas of SMAΔ7, compared to WT mice. These results suggest an impairment of cortical GABAergic neurotransmission in SMA mice, whose modulation could underlie new therapeutic strategies.

L’atrofia muscolare spinale (SMA) è una malattia neurodegenerativa pediatrica caratterizzata da degenerazione dei motoneuroni inferiori e conseguente atrofia muscolare. Inoltre, studi in un modello murino della patologia (SMAΔ7) hanno mostrato anche alterazioni neuronali a livello della corteccia motoria. La SMA è dovuta alla mancanza della proteina per la sopravvivenza dei motoneuroni (SMN), tuttavia molti aspetti della sua patogenesi rimangono poco chiari e le attuali opzioni terapeutiche (dirette esclusivamente ad incrementare la produzione di SMN) mostrano ancora diversi limiti. Studi dedicati al riposizionamento farmacologico hanno evidenziato un effetto neuroprotettivo di farmaci modulanti il GABA (il principale neurotrasmettitore inibitorio del sistema nervoso centrale) nella SMA, sebbene i meccanismi coinvolti siano ancora elusivi. Pertanto, abbiamo analizzato i meccanismi di sintesi del GABA e la morfologia/distribuzione degli interneuroni positivi alla Parvalbumina (PV+, principali interneuroni corticali GABAergici) in campioni di corteccia sensitiva e motoria di topi SMAΔ7 nella fase avanzata della malattia (giorno postnatale 12), rispetto ai topi di controllo (sani). Attraverso reazioni di immunofluorescenza, abbiamo osservato, nei topi SMAΔ7, una significativa riduzione sia dell’immunoreattività del GABA (-57%) e della densità delle cellule GABAergiche (-24%), sia dei profili immunopositivi degli enzimi deputati alla sintesi del neurotrasmettitore, GAD65 e GAD67 (rispettivamente -60% e -64%). Analisi molecolari (WB) hanno confermato ridotti livelli proteici di GAD65 (-22%) e GAD67 (-25%). Analogamente, sono state riscontrate significative alterazioni nella morfologia, nell’immunoreattività (-49%) e nel numero (-34%) degli interneuroni PV+ nelle aree corticali analizzate degli SMAΔ7, rispetto ai topi WT. I risultati suggeriscono una compromissione della neurotrasmissione GABAergica corticale nei topi SMA, la cui modulazione potrebbe essere alla base di nuove strategie terapeutiche.