Disordini dello spettro dell'autismo: come le mutazioni genetiche influiscono sullo sviluppo dei circuiti neuronali e sui fenotipi

Autism Spectrum Disorder is a neurodevelopmental, biologically based condition which includes a group of disorder like autism, Asperger’s syndrome, and pervasive developmental disorder-not otherwise specified. It is characterized by qualitative impairments in social communication, social interaction and social imagination with restricted range of interest and stereotyped repetitive behaviours. This thesis illustrates how genetic variants affect neuronal cells during development using mouse models, and analyse three research papers. First, rare genetic variants associated with autism and neurodevelopmental disorders were discovered in two cohort studies using exon-sequencing. Using single cell analysis, gene expression was evaluated in brain cells, to identify which cell types express the variants. The second paper analysed how pyramidal neurons migrate and form connections during cortex development and what happens in autism. Using mouse models and a new in vivo imaging method, it was possible to discern autism effects on pyramidal cell development and activity, which has also been observed in children with autism. In the end, the molecular consequences of autism mutated risk genes were observed. A gain of function mutation in the gene UBE3A has been observed to cause autism-related symptoms and phenotypes. To underlie the molecular effects of UBE3A inside cells, mouse models with different mutated allele inheritance were used, discovering an overpopulation of GABAergic interneurons at embryonic days fourteen, which may cause problems in brain development. This work aims to improve the knowledge of autism disorder and its heritability, and underlie the effects of mutation affecting neuronal development and activity, by using molecular and cellular approaches.

L'Autismo è una patologia dello sviluppo neuronale che include un gruppo di patologie quali la sindrome di Asperger e disturbi pervasivi dello sviluppo. L'autismo è caratterizzato da un handicap nella comunicazione e interazione sociale e immaginazione, con un ristretto campo d'interesse e comportamenti stereotipati e ripetitivi. Questa tesi illustra come varianti genetiche influenzano lo sviluppo delle cellule neuronali attraverso l'uso di modelli animali, analizzando tre articoli scientifici. Rare varianti genetiche associate con l'autismo e disturbi dello sviluppo sono state scoperte in nel primo studio su due coorti analizzando l'esoma. Attraverso l'analisi single cell, è stato possibile individuare le cellule in cui vengono maggiormente espressi i geni trovati. Il secondo articolo tratta dello sviluppo dei neuroni piramidali del layer V osservando cosa succede nei pazienti affetti dall'autismo. È stato possibile studiare le differenze nello sviluppo, tra topi affetti e non, grazie a un nuovo metodo di imaging in vivo, andando a confermare ciò che si era già visto in bambini affetti. Infine, è stata analizzata l'influenza nella cellula del gene mutato UBE3A, in quanto associato con l'autismo. Una mutazione gain of function del gene causa sintomi e fenotipi tali dell'autismo. Per studiare gli effetti molecolari di UBE3A, sono stati usati dei modelli animali con diversi alleli mutati, e si è trovata una sovrappopolazione di interneuroni GABAergici, che possono causare problemi nello sviluppo del cervello. Lo scopo del lavoro è di migliorare le conoscenze sui disturbi d'autismo e la loro ereditabilità, e sottolineare gli effetti che le mutazioni hanno sullo sviluppo neuronale utilizzando diversi metodi.