Riassunto analitico
La malattia d’Alzheimer (AD) è la forma più frequente di demenza, rappresentando circa il 60-70% dei casi. La demenza colpisce quasi 50 milioni persone nel mondo ed è stato stimato che tale numero crescerà rapidamente fino a raggiungere i 150 milioni di casi entro il 2050. Di fronte a questa terrificante stima, ad oggi le terapie efficaci per AD prevedono l’utilizzo di cinque farmaci, approvati per le forme clinicamente manifeste. Per identificare nuovi target terapeutici e per sviluppare farmaci in grado di rallentare o regredire l’AD, è necessario approfondire le conoscenze di base relative agli eventi precoci che la caratterizzano.
In accordo con l’ipotesi della cascata amiloide, i depositi di β-amiloide (Aβ) rappresentano i protagonisti centrali delle alterazioni caratteristiche della malattia e agiscono come promotori dei cambiamenti patologici a valle quali, ad esempio, il danno vascolare, la perdita sinaptica, la neuroinfiammazione e i deficit cognitivi. Inoltre, molti studi evidenziano come la presenza di placche amiloidi e le manifestazioni cliniche siano poco correlate sia nei modelli animali sia nei pazienti affetti da AD. Tali dati suggerirebbero la presenza di alterazioni patologiche che anticipino la formazione delle placche e che potrebbero essere considerate come eventi precoci della malattia. In particolare, l’accumulo intraneuronale di Aβ (iAβ) rappresenterebbe un evento precoce della malattia in quanto anticiperebbe la formazione di accumuli extracellulari di Aβ (eAβ), le alterazioni sinaptiche, la neuroinfiammazione e, infine, la morte cellulare. Tutti questi eventi sono collegati tra loro, seppure la precisa sequenza temporale sia ancora ignota.
Lo scopo del presente progetto di tesi è stato quello di valutare l’andamento della deposizione di iAβ e eAβ in diverse aree cerebrali in funzione dell’età, nel modello murino 5XFAD di AD. I livelli di espressione ed accumulo di Aβ sono stati valutati mediante diversi approcci metodologici in animali di 2, 4, 7 e 12 mesi di età. Diversamente da quanto effettuato in precedenti studi, l’analisi non è stata focalizzata soltanto sulle regioni cortico-ippocampali, ma estesa a tutte le regioni cerebrali conducendo alla mappatura completa di Aβ. I dati dimostrano che all’aumentare del numero dei depositi extracellulari, i livelli di iAβ diminuiscono con l’età. Tali modificazioni sono state correlate a parametri di neuroinfiammazione e di morte neuronale.
In particolare, la perdita di neuroni è stata registrata maggiormente nelle aree caratterizzate da un più alto e precoce accumulo di placche di Aβ. I dati inoltre hanno dimostrato un aumento nel numero e nella variazione della morfologia delle cellule microgliali all’aumentare di eAβ. Sia la morte neuronale sia l’attivazione microgliale non sono state registrate nelle regioni prive di Aβ, confermando il necessario nesso tra i due eventi.
I risultati del presente studio suggeriscono che l’accumulo di iAβ rappresenti l’evento patologico più precoce nell’AD e, a tal proposito, potrebbe essere usato come marcatore predittivo per la diagnosi clinica della malattia. Nonostante il suo livello di espressione diminuisca con l’età, iAβ rappresenterebbe l’evento iniziante i cambiamenti patologici e funzionali della malattia. Sulla base di queste evidenze risulta quindi indispensabile sviluppare nuovi approcci terapeutici in grado di interferire con iAβ e valutarne quindi gli effetti nelle fasi precoci della malattia.
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Abstract
Alzheimer’s disease (AD) is the most frequent form of dementia, representing the 60-70% of its cases. Worldwide, dementia affects nearly 50 million people, and the cases are estimated to increase rapidly reaching 150 million by 2050. In view of these tremendous burden of cases, only five symptomatic drugs are available, highlighting the lack of knowledge about this disease. A deeper understanding of early events that characterize AD pathogenesis is required to identify new specific targets and to develop drugs able to slow down or reverse the disease progression. According to the amyloid cascade hypothesis, deposits of amyloid β (Aβ) represent the central players of AD dysfunctions and act as initiators of downstream pathological changes, such as vascular damage, synaptic loss, neuroinflammation and cognitive deficits. Nevertheless, many studies pointed out that plaque burden and clinical manifestations are poorly correlated both in AD animal models and in patients, suggesting the presence of earlier pathological initiators that precede plaque formation and represent precocious events of AD pathology.
In this context, intraneuronal Aβ (iAβ) accumulation gained much attention, as it occurs at early stages of the disease, and seems to precede extracellular Aβ (eAβ) plaque formation, synaptic dysfunction, neuroinflammation and cell death. All these events are linked to each other and their precise temporal sequence is yet unknown.
To better understand iAβ and eAβ relationships, as well as their correlation with microglial activation and neuronal loss, the aim of this work is to study how these changes occur at different ages and in different regions in the 5XFAD mouse model of AD.
Through different approaches, we performed a spatial distribution of iAβ and eAβ in brain slices of 2-, 4-, 7-, and 12-month old 5XFAD mice. While previous works often focused their attention on cortical-hippocampal regions, we observed that amyloid pathology develops in many other brain regions. In addition, we verified that iAβ levels decrease in neuronal cells with age as eAβ accumulation increases. However, significant neuronal loss is detected only in brain regions with the highest and earliest accumulation of eAβ plaques, calling into question the primary role of iAβ in this event. As concerns glial response to iAβ / eAβ appearance, we detected microglial changes over time in response to Aβ production. Finally, we noticed that neuronal loss and microglial activation are absent in regions lacking amyloid pathology, confirming the necessary link between them.
These data suggest that iAβ is the most precocious pathological event and could be used as an early predictive marker for clinical diagnosis of AD; besides, though its level decreases with age in 5XFAD mice, iAβ may cause other neuropathological and functional changes that persist during the disease progression. Since this, an early therapeutic approach should target iAβ to slow down the progression of AD pathology before late and irreversible alterations take place.
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