Potenziamento dell'attività sinaptica eccitatoria in neuroni ippocampali di topi autistici con la Sindrome di Timothy di tipo-2 (TS2-neo)

La sindrome di Timothy (TS) è una forma di autismo che origina da una mutazione puntiforme de novo del gene che codifica per l'isoforma Cav1.2 (CACNA1C) del canale del calcio di tipo L. La TS è un disturbo multiorgano caratterizzato da aritmie cardiache, disfunzione delle ghiandole adrenergiche, immunodeficienza, ipoglicemia, anormalità cognitive, sindattilia e autismo. In uno studio condotto su cellule cromaffini isolate da un modello murino affetto da TS2, ovvero recanti la mutazione eterozigote G406R sull'esone 8 dove una glicina (G) è sostituita con una arginina (R) in posizione 406, è stato dimostrato che la mutazione riduce il grado di inattivazione del canale Cav1.2, e sposta la sua attivazione verso potenziali più negativi (Calorio et al., J. Physiol., 2019). In questo modo, l'afflusso di Ca2+ all' interno delle cellule risulta aumentato in condizioni di riposo della cellula causando una diminuzione del numero di canali del sodio voltaggio-dipendenti (Nav) attivabili, la conversione del firing tonico in bursts, la riduzione del metabolismo mitocondriale e del rilascio di catecolammine. A fronte di queste alterazioni della funzionalità cellulare, incubazioni croniche (18-24 h) con nifedipina (una diidropiridina inibitore selettivo dei canali del calcio di tipo L) sono in grado di ripristinare il numero dei canali Nav attivabili, riportare a livelli normali il firing delle cellule cromaffini e il rilascio di catecolammine. Esperimenti preliminari condotti su cellule ippocampali TS2 confermano lo stesso spostamento verso sinistra della voltaggio dipendenza di attivazione e la rallentata inattivazione dei canali del calcio di tipo L osservata nelle cellule cromaffini, identificando in queste alterazioni funzionali il fenotipo che caratterizza il ¿gain-of-function¿ della mutazione TS2. Inoltre, è stata osservata una diminuzione del numero di neuroni piramidali e interneuroni. Partendo da queste considerazioni, in questo lavoro di tesi abbiamo studiato le alterazioni che la mutazione TS2 induce al funzionamento delle sinaptiche eccitatorie dei neuroni glutammatergici ippocampali. I nostri risultati evidenziano che l'ampiezza delle correnti evocate (Excitatory Post Synaptic Currents, eEPSCs) dal rilascio del neurotrasmettitore glutammato e dal suo legame con i recettori AMPA, risulta aumentata del 42%, così come risulta aumentata del 37% la corrente del singolo canale AMPA, a parità di numero di recettori AMPA espressi. L'analisi quantale delle correnti eccitatorie AMPA dipendenti, condotta mediante lo studio dei mEPSCs (miniature Excitatory Post Synaptic Currents) ha rivelato una diminuzione della frequenza dei mEPSCs del 32% ed un incremento del 20 % della loro ampiezza media. L'analisi della frequenza e della durata dei potenziali d'azione non ha infine rivelato differenze significative rispetto alle condizioni di controllo. In conclusione, gli esperimenti condotti hanno evidenziato che i neuroni ippocampali che esprimono la mutazione TS2 sono caratterizzati da un potenziamento delle correnti sinaptiche eccitatorie, ma non mostrano evidenti alterazioni dei meccanismi di eccitabilità neuronale. Gli effetti osservati potrebbero contribuire a comprendere i meccanismi responsabili delle alterazioni dei processi cognitivi osservati in numerosi modelli animali autistici.