• corticogenesis
• metabolism
• fluorescence lifetime imaging microscopy
• corticogenesi
• metabolismo
• fluorescence lifetime imaging microscopy

Human neocortex (NCX) development is finely orchestrated process in which a series of timely events leads to the generation of a laminated structure. The metabolic aspects of corticogenesis have been largely overlooked over the years and aim of this thesis is to unravel how metabolism changes from the stage of neural stem cells until neuronal differentiation.
To address this point, we took advantage of both in vitro and ex vivo models: human neuroepithelial stem (NES) cells together with its electrically active neuronal progeny, and mouse brain sections at two different developmental stages. Preliminary data obtained through Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) and mass spectrometry pointed out a shift in from glycolysis to oxidative phosphorylation occurring through in vitro differentiation, and identified a list of NAD(P)H-binding proteins responsible for the metabolic switch. A subsequent validation of proteomic results through Western blot analysis showed for the first time some of the main enzymes involved in human developing NCX metabolic change.
To have an ex vivo validation of these results, and with the perspective to translate our approaches to human brain sections, further analyses have been conducted on mouse developing brain confirming by FLIM measurements a prevalence of OXPHOS with neuronal differentiation, in accordance with the high energy request of functional neurons, compared to NES cells where glycolytic metabolism is predominant.
We envision that our results may lay the foundation for subsequent analyses aimed at a complete dissection of the molecular players governing human NCX metabolic evolution and facilitate the identification of dysfunctional enzymes in congenital metabolic diseases.

Lo sviluppo della neocorteccia umana è un processo finemente orchestrato che è stato ampiamente studiato nel corso degli anni, trascurandone invece gli aspetti metabolici. Lo scopo di questa tesi è stato quindi quello di svelare come cambia il metabolismo durante lo sviluppo della neocorteccia umana, sfruttando sia modelli in vitro che ex vivo: cellule staminali neuroepiteliali umane (NES) con la loro progenie neuronale, e sezioni di cervello di topo a due diversi stadi di sviluppo.
Dati preliminari ottenuti attraverso Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) e spettrometria di massa hanno evidenziato un passaggio da glicolisi a fosforilazione ossidativa durante il differenziamento in vitro e hanno identificato un elenco di proteine leganti il NAD(P)H, responsabili di questo cambiamento metabolico. Una successiva validazione dei risultati proteomici attraverso l'analisi Western Blot ha quindi permesso di ottenere per la prima volta alcuni dei principali enzimi coinvolti nel cambiamento metabolico che avviene durante lo sviluppo della neocorteccia umana.
Per avere una validazione ex vivo di questi risultati, e con la prospettiva di traslare il protocollo sviluppato a sezioni di cervello umano, sono state condotte ulteriori analisi su cervello di topo, confermando mediante misurazioni FLIM una prevalenza di fosforilazione ossidativa durante il differenziamento neuronale, rispetto alle cellule NES.
Prevediamo che i nostri risultati possano gettare le basi per successive analisi volte a completare la ricerca dei componenti molecolari che regolano l'evoluzione metabolica della neocorteccia umana e a facilitare l'identificazione di enzimi disfunzionali alla base di malattie metaboliche congenite.