Rett Syndrome (RTT) is an X-linked neurodevelopmental disorder that primarily affects females, associated in 95% of cases with loss-of-function mutations in MECP2 gene, encoding for methyl-CpG-binding protein 2 (Mecp2). Even if the pathology was ascribed to the gene mutation many years ago and enormous scientific progress have been done, the precise pathologic mechanism that lead from MECP2 mutations to RTT manifestation is still a lack. Among several clinical aspects of RTT, growing evidence suggest a possible key role exerted by metabolic dysfunctions linked to a detrimental vicious cycle of chronic OxInflammation state. In our previous works we have demonstrated that RTT fibroblasts showed an altered cholesterol metabolism, characterized by a strong reduction of the scavenger HDL receptor SR-B1 due to oxidative post-translation modifications. HDL’s ability to perform its functions in cholesterol transport as well as in exerting antioxidant and anti-inflammatory activity, may be related to the presence of some accessory proteins like Paraoxonase-1 (PON-1) and Lipoprotein associated phospholipase A2 (Lp-PLA2). We found also an impaired redox homeostasis represented by mitochondrial dysfunctions that parallels with a lower antioxidant defence activity. Therefore, in this work we investigated a possible involvement of cholesterol and mitochondrial impairment in RTT pathogenesis addressing the following topics: i) The role of SR-B1 receptor, PON-1 and Lp-PLA2 enzymes in cholesterol dysregulation in RTT and the determination whether the two enzymes might be used to discriminate RTT from Autism Spectrum Disorder (ASD) patients. ii) The functional status of mitochondria in RTT, with specific focus on morphology and mitophagy, taking into account also their relationship with mitochondrial dynamics (e.g. fusion and fission) as well as apoptosis, a cell death pathway involving also mitochondria. Our findings showed a potential involvement of cholesterol dysregulation via SR-B1 loss in RTT brain mice, presenting also Lp-PLA2 as a new possible biomarker for RTT. Moreover, we found alterations in the morphology of RTT mitochondria, which were characterized by a defect in PINK1/Parkin dependent-mitophagy possibly due to unbalanced mitochondrial fusion and Drp1/Fis1-mediated fission, which in turn could be related to an aberrant apoptosis. Therefore, our results highlighted a possible role for this fascinating organelle in RTT pathogenesis.

La Sindrome di Rett (RTT) è un disordine del neurosviluppo che colpisce quasi esclusivamente le bambine, e nel 95% dei casi è associato a mutazioni del gene MECP2, codificante per la proteina methyl CpG-binding protein 2 (Mecp2) associata al cromosoma X. Sebbene la patologia sia stata associata alla mutazione genica diversi anni fa e siano stati fatti enormi progressi scientifici, non è ancora chiaro l’esatto meccanismo patologico che dalla mutazione di MECP2 conduce alla manifestazione della malattia. Fra i diversi aspetti clinici della RTT, evidenze sempre maggiori suggeriscono come le disfunzioni metaboliche ed una condizione cronica di stress ossidativo ed infiammazione, possano svolgere un ruolo chiave nella manifestazione della Sindrome di RTT. In un nostro studio precedente abbiamo dimostrato come i fibroblasti RTT siano caratterizzati da un metabolismo del colesterolo alterato, con una forte riduzione del recettore SR-B1 per le HDL, a causa di modificazioni ossidative post-traduzionali. L’abilità delle HDL di esercitare le sue funzioni nel trasporto del colesterolo come anche nel possedere attività antiossidante ed antiinfiammatoria, potrebbe essere connessa alla presenza di alcune proteine accessorie quali Paraossonasi 1 (PON-1) e Fosfolipasi A2 associata alle lipoproteine (Lp-PLA2). Dati pregressi ottenuti dal nostro gruppo di ricerca, dimostrano come i fibroblasti RTT presentino un’alterata omeostasi redox a fianco di disfunzioni mitocondriali e difese antiossidanti più basse. Pertanto, in questo lavoro abbiamo investigato un possibile coinvolgimento di alterazioni del colesterolo e mitocondriali nella patogenesi della Sindrome di RTT, in particolare indagando: i) il ruolo del recettore SR-B1, degli enzimi PON-1 e Lp-PLA2 nella disregolazione del colesterolo nella RTT, determinando se i due enzimi potessero essere utilizzati per discriminare i pazienti affetti dalla RTT da quelli con disordini dello spettro autistico (ASD). ii) lo stato funzionale dei mitocondri nella RTT, focalizzandoci sulla morfologia e sul processo mitofagico e analizzando la loro relazione con le dinamiche mitocondriali (e.g. fusione e fissione) come anche con l’apoptosi, un pathway di morte cellulare che coinvolge i mitocondri. I nostri risultati mostrano un potenziale coinvolgimento della disregolazione del colesterolo rappresentata da una marcata riduzione del recettore SR-B1 nel cervello di topi RTT, presentando anche Lp-PLA2 come possibile nuovo biomarcatore per la RTT. Inoltre, abbiamo scoperto alterazioni nella morfologia dei mitocondri RTT, caratterizzati da un difetto della via mitofagica PINK1/Parkin, possibilmente connesso ad uno sbilanciamento tra fusione e fissione mediata da Drp1/Fis1, che a sua volta potrebbe essere legato ad una alterata apoptosi. Ciò mette perciò in luce un possibile ruolo chiave per questo affascinante organello nella patogenesi della Sindrome di RTT.

Coinvolgimento del colesterolo e del mitocondrio nella patogenesi della Sindrome di Rett

CRIVELLARI, Ilaria
2019-11-20T00:00:00+01:00

Abstract

La Sindrome di Rett (RTT) è un disordine del neurosviluppo che colpisce quasi esclusivamente le bambine, e nel 95% dei casi è associato a mutazioni del gene MECP2, codificante per la proteina methyl CpG-binding protein 2 (Mecp2) associata al cromosoma X. Sebbene la patologia sia stata associata alla mutazione genica diversi anni fa e siano stati fatti enormi progressi scientifici, non è ancora chiaro l’esatto meccanismo patologico che dalla mutazione di MECP2 conduce alla manifestazione della malattia. Fra i diversi aspetti clinici della RTT, evidenze sempre maggiori suggeriscono come le disfunzioni metaboliche ed una condizione cronica di stress ossidativo ed infiammazione, possano svolgere un ruolo chiave nella manifestazione della Sindrome di RTT. In un nostro studio precedente abbiamo dimostrato come i fibroblasti RTT siano caratterizzati da un metabolismo del colesterolo alterato, con una forte riduzione del recettore SR-B1 per le HDL, a causa di modificazioni ossidative post-traduzionali. L’abilità delle HDL di esercitare le sue funzioni nel trasporto del colesterolo come anche nel possedere attività antiossidante ed antiinfiammatoria, potrebbe essere connessa alla presenza di alcune proteine accessorie quali Paraossonasi 1 (PON-1) e Fosfolipasi A2 associata alle lipoproteine (Lp-PLA2). Dati pregressi ottenuti dal nostro gruppo di ricerca, dimostrano come i fibroblasti RTT presentino un’alterata omeostasi redox a fianco di disfunzioni mitocondriali e difese antiossidanti più basse. Pertanto, in questo lavoro abbiamo investigato un possibile coinvolgimento di alterazioni del colesterolo e mitocondriali nella patogenesi della Sindrome di RTT, in particolare indagando: i) il ruolo del recettore SR-B1, degli enzimi PON-1 e Lp-PLA2 nella disregolazione del colesterolo nella RTT, determinando se i due enzimi potessero essere utilizzati per discriminare i pazienti affetti dalla RTT da quelli con disordini dello spettro autistico (ASD). ii) lo stato funzionale dei mitocondri nella RTT, focalizzandoci sulla morfologia e sul processo mitofagico e analizzando la loro relazione con le dinamiche mitocondriali (e.g. fusione e fissione) come anche con l’apoptosi, un pathway di morte cellulare che coinvolge i mitocondri. I nostri risultati mostrano un potenziale coinvolgimento della disregolazione del colesterolo rappresentata da una marcata riduzione del recettore SR-B1 nel cervello di topi RTT, presentando anche Lp-PLA2 come possibile nuovo biomarcatore per la RTT. Inoltre, abbiamo scoperto alterazioni nella morfologia dei mitocondri RTT, caratterizzati da un difetto della via mitofagica PINK1/Parkin, possibilmente connesso ad uno sbilanciamento tra fusione e fissione mediata da Drp1/Fis1, che a sua volta potrebbe essere legato ad una alterata apoptosi. Ciò mette perciò in luce un possibile ruolo chiave per questo affascinante organello nella patogenesi della Sindrome di RTT.
CERVELLATI, Carlo
VALACCHI, Giuseppe
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Descrizione: PhD thesis Ilaria Crivellari
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11392/2487940
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