Alterazioni sinaptiche in corteccia uditiva e ippocampo nel topo Synapsin II KO, un modello murino di epilessia ed autismo.

Abstract

Epilessia e i Disturbi dello Spettro Autistico (DSA) sono due disturbi che si presentano con un alto grado di comorbidità, suggerendo l’esistenza di meccanismi patogenetici comuni. Studi genetici su entrambi i disturbi hanno identificato mutazioni in geni coinvolti nella funzionalità sinaptica, in particolare nella regolazione dell’equilibrio eccitazione/inibizione (E/I). La Synapsina II (SynII) è una proteina sinaptica cruciale nella regolazione dell’equilibrio E/I e sue mutazioni sono state trovate in pazienti con epilessia e DSA. In linea, topi knockout per SynII (SynII KO) sviluppano crisi epilettiche a partire dai 2-3 mesi di età e mostrano deficit sociali tipici dei modelli di DSA nella stessa finestra temporale. Scopo del presente progetto di tesi era di indagare la relazione tra l’ipereccitabilità neuronale di specifiche aree cerebrali e la comparsa dei deficit sociali nel topo SynII KO. A tal fine ci siamo occupati di caratterizzare il fenotipo sociale del topo SynII KO prima e dopo la comparsa di crisi epilettiche spontanee tramite un test di interazione sociale maschio-femmina. Negli stessi time point abbiamo condotto delle analisi biochimiche (western blot e immunoistochimica) su tessuto cerebrale per la valutazione di marcatori dei sistemi eccitatorio (glutammatergico) ed inibitorio (GABAergico) nella corteccia uditiva e nell’ippocampo di topi SynII KO. Precedenti studi di fMRI avevano individuato una ipoconnettività di queste regioni in topi adulti SynII KO sintomatici e queste alterazioni correlavano con i deficit comunicativi osservati in questi animali. La caratterizzazione di queste aree risulta di primaria importanza nel nostro studio in quanto le alterazioni ippocampali sono alla base della generazione del fenotipo epilettico nel topo SynII KO, mentre le alterazioni della corteccia uditiva suggeriscono la presenza di deregolazioni nel sistema di integrazione senoriale, caratteristica peculiare dei DSA presente anche nei soggetti con epilessia.

Epilepsy and Autism Spectrum Disorders (ASD) are two neurodevelopmental disorders with a high degree of comorbidity, suggesting the possibility of common pathogenic mechanisms. Genetic studies on both disorders identified mutations in many genes involved in synaptic function, particularly in the regulation of excitation/inhibition (E/I) balance. Synapsin II (SynII) is a synaptic protein playing a crucial role in the regulation of E/I balance and mutations in the SYN2 gene have been found in patients with epilepsy and ASD. In line, SynII knockout mice (SynII KO) develop epileptic seizures starting from 2-3 months of age and, in the same time window display social deficits resembling an ASD-like phenotype. The aim of the present thesis was to investigate the relationship between the neuronal hyperexcitability of specific brain areas and the appearance of social deficits in the SynII KO mouse. We performed a male-female social interaction test to characterize the social phenotype of the SynII KO mouse before and after the seizure onset. At the same time points we conducted biochemical analyses (western blot and immunohistochemistry) on brain tissue for the evaluation of excitatory (glutamatergic) and inhibitory (GABAergic) markers in the auditory cortex and hippocampus of SynII KO mice. Previous fMRI studies identified hypoconnectivity of these regions in symptomatic SynII KO adult mice and these alterations correlated with the communication deficits. The characterization of these areas is particularly important in our study since the hippocampus plays a crucial role for the epileptic phenotype in the SynII KO mouse, while the alterations in the auditory cortex suggest a dysregulation in the sensory integration, a peculiar trait presents in patients with both ASD and epilepsy.