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Orsetti, Valeria (2010) Pathogenetic mechanisms in motor neuron diseases. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS, and Spinal and Bulbar Muscular Atrophy, SBMA (or Kennedy’s disease, KD) are two rare degenerative disorders of nervous system, characterized by early involvement of motor neurons. ALS is characterized by degeneration and death of upper and lower motor neurons, which leads to generalized muscle weakness and atrophy, speech and swallowing disabilities, and progressive paralysis until death is caused by respiratory failure. Its pathogenesis is still unknown. KD is an inherited X-linked motor neuronal disorder caused by an abnormal expansion of a trinucleotide CAG repeat in the first coding exon of the androgen receptor (AR) gene and resulting in an extended polyglutamine AR protein. The main clinical features of KD are proximal limb and bulbar muscle weakness and atrophy.
The present study develops two principal topics on these two motor neuron diseases and aims to understand pathogenetic mechanisms for diagnostic, prognostic and treatment purposes.
In our cohort of ALS patients, we evaluate skeletal muscle as possible biomarker site, through the analysis of TDP-43 protein in 30 muscle biopsies; we found no pathological alterations and we concluded that TDP-43 pathology is not to be considered a systemic feature. We also screened 222 ALS patients for TARDBP and FUS/TLS genes mutations involved in the pathogenesis of ALS; we found two known mutations in TARDBP and we could contributed to confirm the frequencies in ALS population. Lastly, we genotyped SNP rs1541160 of KIFAP3 gene in 228 ALS patients and we could assess a relationship between the minor CC genotype and the upper motor neuron-dominant ALS phenotype.
Concerning KD, we aimed to investigate whether the myopathy could start at muscular level and caused by the mutant polyQ-AR, which is toxic when accumulate into the nucleus. We evaluated differentiation and maturation ability of satellite cells from four KD patients, cultured with or without androgen (Dihydrotestosterone, DHT) treatment; we also assessed polyQ-AR localization in KD satellite cells and 10-day differentiated myotubes, with/without DHT treatment. The results showed a marked atrophy in KD myotubes that could be assigned to mutant polyQ-AR since it was observed significantly increase in KD myotube nuclei compared to controls. This confirmed the primitive muscular involvement in KD.

Abstract (italiano)

La Sclerosi Laterale Amiotrofica, SLA, e l’Atrofia Muscolare Spinobulbare (o malattia di Kennedy, KD) sono due rari disturbi degenerativi del sistema nervoso, caratterizzati da un precoce coinvolgimento dei neuroni motori. La SLA è caratterizzata da degenerazione e morte di motoneuroni superiori e inferiori, che comporta debolezza muscolare generalizzata e atrofia, incapacità di parlare e deglutire, e progressiva paralisi fino alla morte, causata da arresto respiratorio. La sua patogenesi è ancora sconosciuta. La KD è un disturbo ereditario legato al cromosoma X dei neuroni motori, causato da un’anormale espansione del trinucleotide CAG nel primo esone codificante del gene del recettore degli androgeni (AR), il quale risulta in una proteina con un più esteso tratto di poliglutammine. Le principali caratteristiche cliniche sono debolezza muscolare bulbare e degli arti prossimali.
Il presente studio sviluppa due principali argomenti su queste due malattie dei motoneuroni, allo scopo di comprenderne i meccanismi patogenetici utili per fini diagnostici, prognostici e terapeutici.
Nella nostra coorte di pazienti SLA, abbiamo valutato il muscolo scheletrico come possibile sito per un biomarcatore, attraverso l’analisi della proteina TDP-43 in 30 biopsie muscolari; non sono state trovate alterazioni patologiche e questo ci ha permesso di concludere che le patologie da TDP-43 non si possono considerare sistemiche. Abbiamo anche screenato 222 pazienti SLA per mutazioni nei geni TARDBP e FUS/TLS che potessero essere coinvolte nella patogenesi della malattia; abbiamo trovato due pazienti con la stessa mutazione in TARDBP e abbiamo potuto confermarne le frequenze nella popolazione SLA. Infine, abbiamo genotipizzato lo SNP rs1541160 del gene KIFAP3 in 228 pazienti SLA e abbiamo potuto stabilire una forte relazione tra il genotipo minore CC e un particolare fenotipo SLA, upper motor neuron-dominant ALS.
Per quanto riguarda la KD, lo scopo dello studio è stato quello di capire se la miopatia poteva scaturire a livello muscolare (anziché essere conseguenza della denervazione) ed essere causata da AR mutato (polyQ-AR), il quale è noto per essere tossico quando accumula nel nucleo della cellula. Abbiamo valutato le capacità di differenziamento e di maturazione delle cellule satelliti di quattro pazienti KD, tenute in coltura con e senza trattamento androginico con Dihydrotestosterone (DHT); abbiamo anche valutato la localizzazione di polyQ-AR nelle cellule satelliti e nei miotubi dopo 10 giorni di differenziamento, con/senza trattamento con DHT. I risultati hanno mostrato una marcata atrofia nei miotubi KD in confronto con controlli sani, che può essere attribuita alla presenza di AR mutato dato che la proteina polyQ-AR era maggiormente espressa nei nuclei dei miotubi KD rispetto ai controlli. Questo conferma il coinvolgimento primario nel muscolo nella KD.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Sorarù, Gianni
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 23 > Scuole per il 23simo ciclo > SCIENZE MEDICHE, CLINICHE E SPERIMENTALI > NEUROSCIENZE
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2010
Parole chiave (italiano / inglese):Sclerosi Laterale Amiotrofica / Amyotrophic Lateral Sclerosis Atrofia Muscolare Spinobulbare / Spinal and Bulbar Muscular Atrophy TDP-43 KIFAP3 cellule satellite / satellite cells
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 05 - Scienze biologiche > BIO/11 Biologia molecolare
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Neuroscienze
Codice ID:3736
Depositato il:01 Ago 2011 09:28
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