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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-08282022-201901


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
MARTINI, MARIA ADELE
URN
etd-08282022-201901
Titolo
Generazione in vitro di interneuroni GABAergici del nucleo reticolare talamico da cellule pluripotenti indotte per lo studio della schizofrenia
Dipartimento
BIOLOGIA
Corso di studi
BIOLOGIA APPLICATA ALLA BIOMEDICINA
Relatori
relatore Prof. Onorati, Marco
Parole chiave
  • sleep spindles
  • fusi del sonno
  • gabaergic interneurons
  • interneuroni gabaergici
  • schizofrenia
  • schizophrenia
  • nucleo reticolare talamico
  • thalamic reticular nucleus
Data inizio appello
19/09/2022
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
19/09/2092
Riassunto
Italiano: Lo sviluppo cerebrale umano inizia durante stadi embrionali precoci. Nel corso dello sviluppo di questa complessa struttura, diverse alterazioni possono portare a una vasta gamma di disordini. Infatti, fattori sia genetici che ambientali possono essere alla base di disturbi del neurosviluppo e psichiatrici, tra i quali la Schizofrenia (SCZ).
La SCZ è un grave disturbo neurologico con evidenti basi genetiche. Infatti, in accordo con “the two hit theory”, una combinazione di suscettibilità genetica accoppiata a danni nello sviluppo può indurre una prima alterazione seguita da una seconda, in fase adolescenziale, la quale induce l’insorgenza di sintomi clinici. Poiché la SCZ è un disordine “poligenico” con una marcata eterogeneità clinica, tratti misurabili come gli endofenotipi possono essere d’aiuto per collegare questa variabilità genetica alle manifestazioni cliniche. In tale contesto, molti studi hanno identificato i fusi del sonno come potenziali endofenotipi per la SCZ.
I fusi del sonno sono generati dal nucleo reticolare talamico (TRN) durante la seconda fase del sonno Non-REM (NREM) e sono caratterizzati da brevi ‘’burst’’ di attivazione neuronale sincrona coinvolti nel network Talamo-Corticale e Cortico-Talamico (TC-CT). Il TRN è interamente composto da interneuroni GABAergici, in particolare, da neuroni parvalbumina positivi (PVALB+), fondamentali per coordinare l’attività neurale.
In questa tesi abbiamo posto la nostra attenzione su un gruppo di pazienti schizofrenici caratterizzati da alterazioni dei fusi del sonno (Spindle-2 project). In particolare, lo scopo di tale studio è di analizzare sia a livello molecolare che cellulare, la popolazione GABAergica del TRN, fortemente associata alla regolazione dei fusi del sonno e all’esordio della SCZ.
Lo studio consiste nel mettere a punto un protocollo di differenziamento, partendo da cellule pluripotente indotte (iPSC), per ottenere in vitro la popolazione neurale TRN-GABA+PVALB+ direttamente coinvolta nella genesi dei fusi del sonno. Sono applicati saggi di immunofluorescenza e di espressione genica (quantitative PCR) per testare l’identità cellulare e le caratteristiche della popolazione cellulare ottenuta. Le analisi condotte sulla popolazione cellulare differenziata in vitro sono state comparate mediante qPCR a campioni di tessuto umano rappresentativi del normale sviluppo embrionale in vivo (ottenuti dalla banca Human Developmental Biology Resource). Grazie a questo approccio, il nostro scopo è di differenziare in vitro neuroni TRN-GABA PVALB+ con un protocollo ottimizzato. In questo modo quest’ultimo potrà essere applicato a cellule iPSC derivate da pazienti schizofrenici per analizzare direttamente le caratteristiche della popolazione cellulare coinvolta in questo disturbo.
La possibilità di riprodurre in vitro una popolazione cellulare rilevante da pazienti apre nuovi orizzonti per l’applicazione di una “medicina personalizzata”, nel contesto dei disturbi del neurosviluppo con contributo genetico complesso come per la SCZ.

English:Human brain development begins during early embryonic stages. In the course of the development of this complex structure, various alterations can lead to a wide range of disorders. In fact, both genetic and environmental factors may underlie neurodevelopmental and psychiatric disorders, including Schizophrenia (SCZ).
SCZ is a severe neurological disorder with a clear genetic basis. In fact, in accordance with "the two-hit theory", a combination of genetic susceptibility coupled with developmental damage can induce a first alteration followed by a second, in adolescence, which induces the onset of clinical symptoms. Since SCZ is a "polygenic" disorder with marked clinical heterogeneity, measurable traits such as endophenotypes can help to link this genetic variability to clinical manifestations. In this context, many studies have identified sleep spindles as potential endophenotypes for SCZ.
Sleep spindles are generated by the thalamic reticular nucleus (TRN) during the second phase of Non-REM sleep (NREM) and are characterized by short “bursts '' of synchronous neuronal activation involved in the thalamus-cortical and cortico-thalamic networks (TC-CT). The TRN is entirely composed of GABAergic interneurons, in particular, positive for parvalbumin (PVALB +), essential for coordinating neural activity.
In this thesis we focused our attention on schizophrenic patients characterized by altered sleep spindles (Spindle-2 project). In particular, the purpose of this study was to analyze both at the molecular and cellular level, the GABAergic population of the TRN, strongly associated with the regulation of sleep spindles and the onset of SCZ.
The study consisted in developing a differentiation protocol, starting from induced pluripotent cells (iPSC), to obtain in vitro the neural population TRN-GABA+ PVALB+ directly involved in the genesis of sleep spindles. Immunofluorescence and gene expression assays were applied to test the cellular identity and characteristics of the cell population obtained. The analyzes performed on the differentiated cell population in vitro were compared by qPCR to human tissue samples representative of normal embryonic development in vivo (obtained from the Human Developmental Biology Resource bank). Thanks to this approach, our aim was to differentiate TRN-GABA PVALB+ neurons in vitro with an optimized protocol. In this way, this protocol will be applied to iPSC cells derived from schizophrenic patients to directly analyze the characteristics of the cell population involved in this disorder.
The possibility of reproducing in vitro a relevant cell population from patients opens up new horizons for the application of a "personalized medicine", in the context of neurodevelopmental disorders with complex genetic contribution such as for SCZ.
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