ARTICOLO

Modelli di primati non umani geneticamente modificati per la ricerca sulle malattie neurodegenerative

A. RACCA, A. UGENTI

Ming-Tian Pan, Han Zhang, Xiao-Jiang Li, Xiang-Yu Guo [Laboratorio chiave del Guangdong per la ricerca sui primati non umani, Istituto di rigenerazione del sistema nervoso centrale di Guangdong-Hong Kong-Macao, Università di Jinan, Guangzhou, Guangdong 510632, Cina]

INTRODUZIONE

Le malattie neurodegenerative (MD), tra cui il morbo di Alzheimer (MA), il morbo di Parkinson (MP), la malattia di Huntington (MH) e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), che sono caratterizzate dalla perdita graduale di neuroni nelle regioni cerebrali colpite. L'invecchiamento è il principale fattore di rischio per queste malattie. Attualmente non esistono trattamenti efficaci per invertire o rallentare la progressione delle malattie neurodegenerative. I modelli animali, in particolare quelli dei roditori, sono strumenti cruciali per gli studi preclinici, ma presentano limitazioni nella riproduzione fedele dei fenotipi umani. I primati non umani (PNU) sono importanti per la ricerca neuroscientifica grazie alla loro somiglianza con gli esseri umani nella struttura e nel funzionamento del cervello. Recentemente, sono stati sviluppati modelli PNU geneticamente modificati per le malattie neurodegenerative, che hanno portato a nuove intuizioni. La rassegna esplora i risultati ottenuti dai modelli PNU di MD, concentrandosi su MA, MP, MH e SLA, evidenziando le nuove conoscenze ottenute e discutendo le sfide e le prospettive future in questo campo di studio.

Gli astrociti nei PNU sviluppano processi più abbondanti, simili a quelli umani, e contribuiscono alla regolazione della barriera emato-encefalica (BEE). La BEE è cruciale per la protezione del cervello e la sua rottura è coinvolta in varie malattie degenerative. La permeabilità della BEE nei PNU è più rigorosa rispetto ai roditori, rendendoli utili per lo studio della manipolazione genetica cerebrale. Le cellule gliali, con il loro ruolo nella sopravvivenza e nella funzione neuronale, sono centrali nell'inizio e nella progressione delle malattie neurodegenerative. La somiglianza dei PNU alle cellule gliali umane è un vantaggio per modellare queste malattie. Inoltre, i PNU mostrano somiglianze genetiche, metaboliche, di invecchiamento e comportamentali con gli esseri umani. La diversità genetica nei PNU offre un contesto più accurato per studiare la patogenesi molecolare, come dimostrato dall'identificazione di geni correlati alle malattie neurodegenerative. I PNU possono anche essere utilizzati per valutare i sintomi comportamentali delle malattie, come depressione e deterioramento cognitivo, che sono difficili da valutare nei modelli animali di dimensioni minori.

IMPORTANZA DEI PNU NELLA RICERCA MD

Le malattie neurodegenerative (MD), sebbene coinvolgano specifiche regioni cerebrali, influenzano anche circuiti neurali più ampi e coinvolgono diverse cellule e aree cerebrali. Di conseguenza, la comprensione accurata delle MD richiede modelli animali che riflettano da vicino la struttura e le funzioni cerebrali umane. I primati non umani (PNU), come i macachi del Vecchio Mondo, sono particolarmente importanti poiché condividono un'evoluzione più recente con gli esseri umani rispetto ai roditori. I PNU hanno cervelli strutturalmente e funzionalmente più simili a quelli umani rispetto ai roditori. Dunque, i PNU hanno una composizione cellulare cerebrale più simile a quella umana, con una maggiore somiglianza nelle dimensioni e nella distribuzione delle cellule gliali.

MODELLO MA-PNU

La malattia di Alzheimer (MA) rappresenta la forma più comune di malattia neurodegenerativa, colpendo il 7%-8% delle persone sopra i 65 anni a livello globale e classificandosi come la sesta causa di morte. Caratterizzata da perdita di memoria, disfunzione cognitiva e alterazioni comportamentali, la MA presenta 2 principali segni patologici: 1. l'accumulo di amiloide-β extracellulare (Aβ) 2. i grovigli neurofibrillari intracellulari di Proteina Tau (NFT) Anche se la maggior parte dei casi è sporadica, una minoranza ha una componente genetica, con mutazioni nei geni associati all'Aβ. Tuttavia, i modelli murini transgenici Aβ non riproducono completamente la patologia umana, soprattutto riguardo all'aggregazione di Tau e alla perdita neuronale. D'altra parte, i PNU, come le scimmie, mostrano un'accumulazione naturale di placche amiloidi e NFT, simile a quella umana. Questi modelli di PNU sono stati manipolati geneticamente per sviluppare la MA, anche attraverso esposizioni ambientali, ma la complessità della malattia richiede approcci più sofisticati. L'introduzione di Tau mutante nelle scimmie ha dimostrato la propagazione della patologia Tau, ma la mancanza di valutazioni funzionali limita la validità dei risultati. Studi longitudinali approfonditi su questi modelli sono essenziali per comprendere meglio la progressione della malattia e le sue manifestazioni cliniche.

MODELLO MP-PNU

Attualmente, il morbo di Parkinson (MP) colpisce più di 6 milioni di persone, rendendolo la seconda malattia neurodegenerativa più comune. Clinicamente diagnosticato per i deficit motori come bradicinesia, rigidità e tremore, comporta anche problemi non motori come iposmia e disturbi cognitivi. Il MP può essere sporadico o associato a mutazioni genetiche come α-sinucleina, PINK1 e LRRK2. Studi recenti hanno indagato la disfunzione mitocondriale e la sinucleinopatia nelle scimmie, rivelando la possibilità di modellare efficacemente il MP in queste specie. L'uso di tossine come MPTP, hanno fornito informazioni preziose ma non riflettono completamente la progressione graduale della malattia. Gli studi sull'α-sinucleina hanno dimostrato la perdita di neuroni dopaminergici e la comparsa di sintomi simili al MP, mentre la manipolazione genetica tramite CRISPR/Cas9 ha rivelato l'importanza di geni come PINK1 e DJ-1 nella sopravvivenza neuronale. Tuttavia, la complessità della malattia richiede ulteriori ricerche per sviluppare modelli più accurati e comprendere meglio la patogenesi del MP nelle scimmie.

MODELLO SLA- PNU

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia rara ma fatale caratterizzata dalla progressiva perdita dei motoneuroni nel cervello e nel midollo spinale, causando atrofia muscolare e disturbi del movimento. Colpisce circa 6 persone su 100.000, principalmente anziane e di etnia bianca. La maggior parte dei casi di SLA non è associata a mutazioni genetiche identificabili, ma circa il 5%-10% è collegato a disfunzioni genetiche, tra cui mutazioni nei geni TDP-43, SOD1, FUS e C9ORF72. La proteina TDP-43 è coinvolta nella regolazione genica e nella gestione dell'RNA ed è implicata anche in altre malattie neurologiche. Gli sforzi per sviluppare modelli animali di SLA hanno incontrato difficoltà nel ricreare la patologia tipica, in particolare la localizzazione errata di TDP-43 nel citoplasma. Tuttavia, modelli di maiali e macachi hanno dimostrato la distribuzione citoplasmatica di TDP-43 mutato, suggerendo che la patologia dipende da fattori specie-specifici come l'enzima caspasi-4 nei primati. Questi modelli animali più grandi offrono una prospettiva unica per la ricerca sulla SLA, evidenziando il contributo prezioso dei PNU in questo campo.

MODELLO MH- PNU

La corea di Huntington (MH) è una malattia rara, caratterizzata dall'espansione delle ripetizioni CAG nell'esone 1 del gene dell'huntingtina (HTT), che porta alla formazione di ripetizioni di poliglutammina (polyQ). Questo causa neurodegenerazione progressiva. I sintomi includono movimenti involontari, noti come corea, e la gravità della malattia è influenzata dal numero di ripetizioni polyQ. Non esiste attualmente un trattamento efficace per la MH. Sono stati sviluppati modelli animali, tra cui roditori portatori di ripetizioni CAG e scimmie transgeniche con MH. Tuttavia, i modelli di scimmia hanno dimostrato di essere più adatti per studi emotivi e psichiatrici rispetto ai modelli suini. L'integrazione di informazioni provenienti da entrambi i tipi di modelli potrebbe portare a una migliore comprensione della patogenesi della MH.

PROSPETTIVE

I modelli geneticamente modificati nei PNU sono diventati strumenti cruciali per la ricerca sulle MD, anche se rappresentano solo una piccola percentuale di MD familiari. Questi modelli offrono preziose informazioni sulla patogenesi delle malattie, consentendo una migliore comprensione dei meccanismi molecolari sottostanti. Tuttavia, l'editing genetico preciso rimane complesso e può portare a variazioni fenotipiche tra i singoli modelli, ostacolando gli sforzi per svelare i meccanismi molecolari delle malattie. L'invecchiamento è un fattore chiave nelle MD, e la ricerca su PNU ha rivelato che i fattori specie-specifici sono fondamentali per lo sviluppo di eventi patologici. Ad es., la deplezione di certe proteine nei primati può causare perdita neuronale, mentre nei roditori non produce gli stessi effetti, essendo che la comprensione della patogenesi richiede modelli specifici per la specie. La creazione di modelli di PNU richiede sforzi intensivi e le sfide includono tassi riproduttivi bassi e intervalli lunghi. Tuttavia, nuove tecnologie emergenti come il base editing e il prime editing potrebbero facilitare la generazione di modelli animali migliori. I PNU sono utili anche per lo studio dell'invecchiamento. Anche se la sperimentazione animale è stata ridotta grazie a progressi tecnologici come l'intelligenza artificiale e le tecnologie organ-on-chip, i modelli PNU rimangono essenziali per il successo nella ricerca sulle MD.

GRAZIE PER L'ATTENZIONE!