Analisi temporale delle alterazioni nei neuroni di proiezione corticali in un modello murino di atrofia muscolare spinale

Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a severe neuromuscular disease of childhood, caused by a genetic mutation leading to the absence of the SMN protein. For a long time, SMA has been described as a "lower motor neuron disease," but numerous other alterations have been identified both in patients and animal models, leading to consider SMA as a multisystemic disorder. To fully understand the pathogenesis of the disease, it is therefore important to consider the impact of SMN deficiency also at the cerebral level, with particular attention to the circuits involved in motor and sensory control. Therefore, within the scope of this thesis project, we focused on studying the sensorimotor cortex of SMNΔ7 mice, a well-known model of severe SMA, to investigate potential alterations in cortical projection neurons. The data obtained show a significant reduction of corticospinal and callosal neurons in the late symptomatic stages of the disease (postnatal day 11, P11), which is not evident in an early symptomatic phase (P5), suggesting that cortical degeneration occurs subsequent to spinal degeneration. However, analysis of the glutamatergic signal revealed a significant reduction in the expression of the glutamate transporter VGLUT1 already at P5, suggesting that cortical neurons also exhibit signs of atrophy from an early stage. Analysis of birthdating and cell distribution, using thymidine analogs, is helping us reveal possible cortical alterations already during developmental stages. Understanding the involvement of the cerebral cortex in the pathogenesis of SMA will help elucidate the mechanisms underlying disease progression.

L’Atrofia Muscolare Spinale (SMA) è una grave patologia neuromuscolare dell’infanzia, dovuta ad una mutazione genetica che causa la mancanza della proteina SMN. Per lungo tempo la SMA è stata descritta come una "patologia del motoneurone inferiore", ma ad oggi sono state identificate numerose altre alterazioni, sia nei pazienti che nei modelli animali, tanto da far considerare la SMA una patologia multisistemica. Per comprendere appieno la patogenesi della malattia, risulta perciò importante tenere in considerazione l’impatto della carenza di SMN anche a livello cerebrale, con particolare attenzione ai circuiti coinvolti nel controllo motorio e sensitivo. Pertanto, nell’ambito del presente progetto di tesi, ci siamo concentrati sullo studio della corteccia sensorimotoria di topi SMNΔ7, un noto modello di SMA di tipo severo, per andare ad indagare eventuali alterazioni a livello dei neuroni di proiezione corticali. I dati ottenuti mostrano una significativa riduzione del numero di neuroni corticospinali e callosali nelle fasi sintomatiche tardive della patologia (giorno postnatale 11, P11), che non è visibile in una fase sintomatica precoce (P5), facendo ipotizzare che la degenerazione corticale avvenga in seguito a quella spinale. Tuttavia, l'analisi del segnale glutammatergico ha rivelato una significativa riduzione dell'espressione del trasportatore del glutammato VGLUT1 già al tempo P5, suggerendo che anche i neuroni corticali mostrino segni di atrofia a partire da una fase precoce. L’analisi del birthdating e della distribuzione delle cellule, mediante analoghi della timidina, ci sta aiutando a rivelare possibili alterazioni corticali già durante le fasi dello sviluppo. Capire il coinvolgimento della corteccia cerebrale nella patogenesi della SMA aiuterà a comprendere i meccanismi alla base della progressione della malattia.