Riassunto analitico
Le modificazioni epigenetiche, a carico del DNA e delle proteine istoniche, determinano cambiamenti nella struttura e nella funzione della cromatina attraverso cui controllano direttamente l’espressione genica. Per questo motivo, svolgono un ruolo fondamentale nei meccanismi mediante i quali le cellule del SNC rispondono a fattori ambientali di varia natura, compresi lo stress e gli stimoli immunitari, modificando la loro attività trascrizionale. Alterazioni della regolazione di queste funzioni potrebbero giocare un ruolo importante nello sviluppo di disturbi psichiatrici, come la depressione maggiore, e di malattie neurodegenerative. La depressione maggiore è una patologia complessa e multifattoriale alla cui insorgenza concorrono aspetti genetici e fattori ambientali; inoltre, molti studi indicano un ruolo chiave, nell’insorgenza della malattia, delle alterazioni nella corretta comunicazione tra SNC e sistema immunitario. In particolare, un ruolo determinante è svolto dall’equilibrio tra le citochine pro- e anti-infiammatorie. Nell’uomo e negli animali la presenza di un’infezione batterica è in grado di indurre uno stato infiammatorio generalizzato e la comparsa di uno stato depressivo simile. Da questa osservazione nasce un importante modello animale per studiare gli effetti dell’attivazione del sistema immunitario sulla funzionalità del SNC. La somministrazione periferica dell’endotossina lipopolisaccaride (LPS) in modelli animali è in grado di indurre una potente attivazione del sistema immunitario e il rilascio di diverse citochine pro-infiammatorie, sia a livello periferico che a livello del SNC, che determinano uno stato neuroinfiammatorio e la comparsa di sintomi depressivo-simili. Scopo del nostro studio è stato quello di valutare la risposta trascrizionale, e la sua dipendenza da meccanismi epigenetici, ad uno stimolo infiammatorio periferico in due aree del cervello, ippocampo e ipotalamo, coinvolte nell’eziopatogenesi dei disturbi dell’umore. Ratti adulti sono stati trattati mediante l’iniezione i.p. con LPS o salina e sacrificati dopo 2 e 6 ore. Inizialmente abbiamo valutato la risposta trascrizionale del SNC in seguito all’esposizione a LPS misurando i livelli delle principali citochine pro-infiammatore (IL-1β, TNF-α, IL-6) e di un altro mediatore dell’infiammazione quale la ossido nitrico sintetasi inducibile (iNOS). Mediante Real time PCR abbiamo dimostrato che LPS induce, massicciamente, l'espressione delle citochine IL-1β, TNF-α, IL-6 e della iNOS, già a 2 ore in entrambe le aree cerebrali, ma con maggiore intensità in ipotalamo. In seguito, mediante Western Blot, abbiamo dimostrato che, in ippocampo e in ipotalamo, la somministrazione di LPS provoca un aumento significativo della fosfoacetilazione dell’istone H3 (Ser10;Lys14) dopo 2 ore dal trattamento. Questo effetto permane a 6 ore soltanto in ipotalamo. Tali risultati ci hanno fatto ipotizzare che la modificazione potesse controllare, direttamente e specificamente, l’attività trascrizionale dei promotori di alcuni di questi geni. Grazie alla tecnica dell'immuno-precipitazione di cromatina (ChIP) abbiamo dimostrato che soltanto per alcuni dei geni analizzati, l'aumentata trascrizione è conseguenza degli aumentati livelli di fosfoacetilazione dell’istone H3 indotti da LPS. In conclusione, i nostri risultati suggeriscono che uno stimolo ambientale, come quello immunitario, è in grado di determinare cambiamenti nei livelli di fosfoacetilazione dell’istone H3 e che questa possa svolgere un ruolo importante nel regolare la trascrizione di geni coinvolti nella risposta infiammatoria nel SNC. Nello specifico, queste evidenze sostengono la nostra ipotesi per cui questo evento epigenetico possa rappresentare la principale risposta di adattamento dei neuroni a stimoli ambientali come l’esposizione a LPS.
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