Pesciolini Elettrici: Come lo Zebrafish Ci Aiuta a Svelare i Misteri di Autismo ed Epilessia

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa di veramente affascinante che sta succedendo nel mondo della ricerca scientifica. Avete mai pensato a quanto possano essere intricati e, a volte, collegati disturbi come l’autismo e l’epilessia? Beh, noi scienziati ce lo chiediamo spesso, e siamo sempre alla ricerca di nuovi modi per capirne di più. Recentemente, la nostra attenzione si è concentrata su un gene chiamato NAPB (N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein beta). Perché proprio questo? Perché abbiamo scoperto che mutazioni in questo gene potrebbero essere un fattore di rischio sia per l’autismo che per l’epilessia.

Il Caso dei Trigemi Qatarioti

Tutto è partito da un caso molto particolare: tre gemelli monozigoti (cioè identici) del Qatar. Questi ragazzi presentavano mutazioni che rendevano il gene NAPB non funzionante. Il risultato? Tutti e tre hanno sviluppato una forma di encefalopatia epilettica ad esordio precoce e mostravano anche tratti dello spettro autistico, sebbene con gravità diverse. Questa scoperta, insieme ad altri studi internazionali che hanno collegato altre mutazioni di NAPB all’epilessia, ci ha fatto drizzare le antenne. Sembrava proprio che questo gene avesse un ruolo chiave in entrambe le condizioni.

Ma Cosa Fa Esattamente il Gene NAPB?

Senza entrare troppo nel tecnico, pensate al NAPB come a un “facilitatore” essenziale nel cervello. Aiuta a smontare delle strutture proteiche chiamate complessi SNARE, rendendo le proteine disponibili per il prossimo “round” di comunicazione tra neuroni (il rilascio di neurotrasmettitori). È un po’ come rimettere a posto i pezzi dopo che sono stati usati, pronti per la prossima volta. Curiosamente, il NAPB è espresso specificamente nel cervello, a differenza di un suo “cugino” molto simile, il NAPA, che si trova un po’ ovunque nel corpo.

La Sfida dei Modelli Animali

Ok, abbiamo un gene sospetto. Come facciamo a studiarlo meglio? Abbiamo provato con modelli animali, come i topi knockout per NAPB (cioè senza il gene funzionante). Questi topi mostravano gravi crisi epilettiche, confermando il legame con l’epilessia. Tuttavia, a livello cellulare, le cose non erano così chiare. Anche studiando neuroni umani derivati da cellule staminali dei pazienti, non abbiamo visto difetti evidenti nell’attività neuronale di base. Questo ci ha suggerito che forse i modelli cellulari non erano sufficienti per “vedere” l’intero quadro, specialmente per l’epilessia. Serviva qualcosa di più complesso, un organismo intero.

Entra in Scena lo Zebrafish!

E qui arriva il nostro piccolo eroe inaspettato: lo zebrafish (Danio rerio). Perché proprio un pesciolino? Beh, lo zebrafish è fantastico per studiare disturbi neurologici e dello sviluppo per un sacco di motivi:

• Ha una genetica sorprendentemente simile alla nostra (molti geni legati a queste malattie sono conservati tra noi e loro).
• Mostra comportamenti quantificabili che possono mimare sintomi come iperattività o crisi epilettiche.
• Le larve sono trasparenti! Questo ci permette di osservare lo sviluppo del sistema nervoso e l’attività neurale quasi in diretta.

Insomma, era il candidato perfetto per creare un nuovo modello per studiare i problemi legati al gene NAPB.

Creare Zebrafish “NAPB-KO” con CRISPR

Quindi, ci siamo messi all’opera usando la tecnologia CRISPR-Cas9, una sorta di “forbice molecolare” precisissima, per modificare i geni dello zebrafish. Lo zebrafish ha due geni “cugini” del nostro NAPB, chiamati napba e napbb. Per essere sicuri di vedere un effetto, abbiamo deciso di “spegnerli” entrambi contemporaneamente nei nostri pesciolini, creando quelli che chiamiamo “crispants” (CR).

Cosa Abbiamo Osservato? Comportamenti “Elettrici”

E i risultati? Sorprendenti! Le larve di zebrafish napb CR mostravano cambiamenti notevoli:

• Neuroni motori più corti: I “cavi” che collegano il midollo spinale ai muscoli erano più corti del normale, suggerendo problemi nello sviluppo delle connessioni neurali.
• Iperattività Locomotoria: Questi pesciolini nuotavano molto di più, più velocemente e giravano su se stessi più frequentemente rispetto ai loro compagni normali (di controllo). Un comportamento che ricorda molto da vicino quello osservato durante le crisi epilettiche umane!

Abbiamo anche provato a dare ai pesciolini un farmaco che induce crisi epilettiche (il PTZ). Nei pesci di controllo, questo causava, come previsto, iperattività e comportamenti simili a crisi. Nei nostri napb CR, l’effetto del PTZ era meno marcato. Perché? Probabilmente perché erano già in uno stato di “ipereccitabilità” di base!

Guardare Dentro il Cervello con la MEA

Ma non ci siamo fermati al comportamento visibile. Volevamo “vedere” cosa succedeva nel loro cervello a livello elettrico. Per farlo, abbiamo usato una tecnologia chiamata Microelectrode Array (MEA). Immaginate una piastra con tanti elettrodi minuscoli su cui appoggiamo delicatamente la larva di zebrafish. Questi elettrodi registrano l’attività elettrica dei neuroni, un po’ come un elettroencefalogramma, ma su scala molto piccola.

Cosa abbiamo scoperto? Le larve napb CR mostravano una chiara ipereccitabilità nella regione del cervello. L’attività neurale era più intensa e meno sincronizzata rispetto ai controlli, dove l’attività cerebrale e quella del midollo spinale apparivano ben coordinate. Questa “tempesta elettrica” nel cervello dei napb CR si correlava perfettamente con il loro comportamento iperattivo e simile a crisi epilettiche. Anche qui, il trattamento con PTZ aumentava l’attività elettrica nei controlli, ma aveva un effetto minore sui napb CR, confermando la loro condizione di base ipereccitabile.

Perché Questo Modello è Importante?

Ok, tutto molto bello, ma a cosa serve? Beh, questo modello di zebrafish napb CR è prezioso per diverse ragioni:

• Ci aiuta a capire meglio i meccanismi alla base dell’epilessia e dell’autismo legati alle mutazioni di NAPB.
• Ci fornisce uno strumento per testare potenziali farmaci terapeutici in modo rapido ed efficiente. Possiamo trattare le larve con diverse molecole e vedere se riescono a normalizzare il comportamento o l’attività elettrica.
• Conferma l’utilità dello zebrafish come modello per studiare la comorbilità tra autismo ed epilessia, condizioni spesso legate a un’eccessiva eccitabilità neuronale.

Certo, come ogni modello, ha i suoi limiti. Stiamo lavorando con “crispants” (F0), che possono avere un certo grado di mosaicismo genetico (non tutte le cellule potrebbero avere la mutazione). Studi futuri con linee mutanti stabili saranno importanti per confermare i risultati. Anche la tecnologia MEA ha qualche limite nella risoluzione spaziale precisa. Ma nonostante questo, i risultati sono estremamente promettenti.

In Conclusione

Insomma, il nostro piccolo pesce zebra ci sta dando una grossa mano a svelare i complessi legami tra genetica, sviluppo neurologico, autismo ed epilessia. Il modello napb CR, con la sua iperattività comportamentale e la sua ipereccitabilità neurale, si è dimostrato un potente strumento per studiare queste condizioni. Combinando analisi comportamentali ed elettrofisiologiche, speriamo di fare passi avanti nella comprensione di questi disturbi e, magari, nello sviluppo di nuove terapie. La ricerca continua, e chissà quali altre sorprese ci riserveranno questi affascinanti pesciolini!

Fonte: Springer Nature