Il ruolo di Sox2 nello sviluppo e maturazione del cervelletto

Mechanisms of cerebellar development and specification have been deeply studied in literature. This interest is probably due to the particular anatomical structure and to the functional importance of this CNS region, as the cerebellum is not only involved in motor control but it also participates to different cognitive functions. Scientific literature had also spent much efforts to investigate the role of Sox2, a transcription factor broadly required in development e differentiation. However its specific functions in cerebellar development and specifications are still unclear. Sox2 belongs to Sox family genes and it represents one of the stem determinants and one of the transcription factors required to induce the IPs phenotypes. This gene was studied in its interaction with others, especially in territories as telencephalon, gametes and in the adult neurogenic niches. In our project we analysed the consequences of Sox2 deletion in the cerebellum. We used a mutant mouse line (Sox2flofloxWnt1Cre), in which Sox2 expression was tuned-off in Wnt1 cell lineages since embryonic day (E) 8.5. By comparing widtype to mutant cerebella at different stages of development we found that Sox2 elimination has important effects on glial lineages, that normally express this gene. In mutant mice we found atypical patterns of production and differentiation of astrocytic phenotypes, confirmed by alterations in the expression of typical glial markers as Sox9, Blbp, S100 and GFAP. These abnormalities were maintained in the adult cerebellum: Sox2flofloxWnt1Cre mice showed atypical GFAP-positive glial phenotypes, ectopically located in the molecular layer. On the whole Sox2 appears as an essential regulator for the glial fate, as its specific deletion in the cerebellum lead to an acceleration of differentiation and consistent alteration in this lineage. This impairment of the glial population has important consequences for the establishement of normal cerebellar cytoarchitecture. Cerebellar tridimensional reconstructions revealed volumetric differences and significant morphological changes in mutant cerebella. In addiction, behavioral motor analyses showed consistent motor impairment, in agreement with the molecular and cellular landscape of alterations.

Lo studio dello sviluppo del cervelletto ha da sempre incontrato la curiosità dei ricercatori nel campo delle Neuroscienze. Questo interesse è probabilmente suscitato dalla peculiare struttura di questa regione del CNS unita alla sua importanza funzionale: al cervelletto non è soltanto riconosciuto il ruolo di regolatore del movimento, ma anche differenti funzioni cognitive. In letteratura si parla molto del ruolo rivestito dal fattore di trascrizione Sox2 in dinamiche di sviluppo e differenziative: manca però a tal proposito una definizione della funzione di tale gene nel complesso sviluppo cerebellare. Appartenente alla famiglia dei geni omonimi, Sox2 rappresenta uno dei geni definiti come determinanti di staminalità, quanto uno dei fattori necessari nella sua espressione per ottenere i fenotipi di cellule pluripotenti indotte (IPs). Il suo ruolo in queste dinamiche e le modalità con cui si espletano a tal fine le relazioni con altri fattori sono state molto studiate in distretti differenti, dal telencefalo, ai gameti, e nelle nicchie neurogeniche dell'adulto. In questo contesto ci siamo interessati dell'effetto che potesse avere l'eliminazione condizionale di Sox2 nel cervelletto: la generazione di modelli murini (Sox2flofloxWnt1Cre) in cui l'espressione del gene è spenta nelle cellule del lignaggio Wnt1 a partire dal giorno embrionale (E) 8.5, è stata utile per caratterizzare il ruolo del fattore di trascrizione nella regione cerebellare. Le analisi eseguite in parallelo su animali wild type hanno in particolar modo permesso di comprendere che l'assenza di Sox2 negli animali mutanti ha importanti ripercussioni a livello del lignaggio gliale, in cui normalmente è espresso. Negli animali mutanti, infatti, osserviamo fenotipi di differenziamento astrocitario particolari, corredati dall'alterata espressione di marker come Sox9, Blbp, S100 e GFAP. Gli studi su animali adulti, di tipo istologico e comportamentale, hanno evidenziato un modello di alterazione significativo a livello delle popolazioni gliali indagate precocemente: rinveniamo nello strato molecolare della corteccia cerebellare figure gliali atipiche, cellule ibride che risultano positive all'espressione di GFAP. Sox2 si viene pertanto a delineare come un essenziale determinante del fate gliale che, nella sua delezione, va ad accelerare oltre che ad alterare le dinamiche di differenziamento in questo senso. Compromesse in questo modo le popolazioni in questione, responsabili oltretutto delle dinamiche di citoarchitettura, morfologia corticale e lobulare, rinveniamo a termine dello sviluppo stesso rimarchevoli cambiamenti globali nella struttura cerebellare. Le ricostruzioni tridimensionali dei cervelletti di animali mutanti, rapportati ad animali controllo, hanno rivelato differenze volumetriche e significative alterazioni morfologiche lobulari. Infine le analisi comportamentali, condotte per mezzo di test motori mirati, hanno reso robuste le osservazioni precedenti, mostrando deficit riconducibili al panorama di alterazioni sul quadro cellulare molecolare e istologico.