L’obiettivo principale di questa tesi di dottorato è rappresentato dalla ricerca di nuove evidenze in grado di supportare la conoscenza di un possibile coinvolgimento del Neuropeptide Y (NPY) e dei suoi principali recettori Y1, Y2 e Y5 nei meccanismi che regolano i disturbi dell’umore, quali depressione, ansia ed i disturbi legati all’esposizione allo stress. Questo studio, proposto dal dipartimento di Biologia del Centro Ricerche GlaxoSmithKline di Verona, è stato condotto nell’ambito di varie collaborazioni con centri universitari, quali il Karolinska Institutet di Stoccolma (Svezia), l’Ecòle Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svizzera) ed il German Primate Center di Göttingen (Germania). Il possibile ruolo di NPY e dei suoi recettori nella regolazione dei meccanismi implicati nella fisiopatologia dei disturbi dell’umore è stato analizzato utilizzando tecniche sperimentali sia in vitro che in vivo applicate a diversi modelli animali di depressione, ad un modello di topi transgenici ed a tessuti cerebrali umani post-mortem ottenuti da pazienti affetti da disturbi psichiatrici. In particolare si è focalizzata l’attenzione sull’analisi dell’espressione dei trascritti di NPY e dei suoi tre recettori mediante la tecnica dell’ibridazione in situ applicata a tre modelli animali di depressione: i ratti Flinders Sensitive Line, un modello genetico particolarmente interessante data l’influenza della componente genetica in questo tipo di disturbi, il “chronic mild stress” ed il “chronic social defeat”, due modelli di stress; quest’ultimo ritenuto una tra le maggiori cause dei disturbi di depressione ed ansia. Il chronic social defeat è stato studiato su due diverse specie animali: un roditore - il ratto - ed un non roditore - la tupaia o tree shrew (Tupaia belangeri) - considerata la sua elevata omologia genetica con l’uomo. I modelli utilizzati sono serviti ad approfondire lo studio del coinvolgimento del sistema di NPY nei disturbi dell’umore cercando di chiarire i meccanismi attraverso cui questo sistema neuropeptidergico agisce e provando a dimostrare quale dei principali sottotipi recettoriali abbia un ruolo di rilievo nella fisiopatologia di questi disturbi e nei meccanismi di regolazione delle risposte agli stress. Lo studio effettuato evidenzia che i tre sottotipi recettoriali sono differentemente espressi nei vari modelli animali e subiscono variazioni dell’espressione dei loro trascritti di tipo speciespecifico. Si è dimostrato che i tre recettori sono diversamente influenzati dall’esposizione ai vari tipi di stress, tuttavia, sebbene il sottotipo Y5 sembri essere particolarmente affetto da variazioni trascrizionali nei modelli animali considerati, non è stato ancora completamente chiarito quale sia il sottotipo recettoriale maggiormente coinvolto nella regolazione dei disturbi dell’umore. Il coinvolgimento del recettore Y2 in tali disturbi non sembra essere sostenuto da questa ricerca, sebbene numerosi studi preclinici e analisi di tessuti umani postmortem avessero dimostrato un ruolo di questo recettore nell’ansia e nella depressione. In generale, in questo studio le variazioni più consistenti e frequenti di espressione del trascritto di NPY e dei suoi recettori sono state osservate a livello dell’ippocampo, dell’ipotalamo e dell’amigdala, fornendo ulteriore supporto all’importanza cruciale di tali regioni cerebrali nella fisiopatologia dei disturbi affettivi. Al fine di confermare alcuni precedenti studi comportamentali che avevano dimostrato che la delezione del recettore Y2 era in grado di indurre una riduzione dello stato d’ansia ed un aumento della capacità di risposta agli stress, è stato condotto uno studio in vivo sottoponendo alcuni topi transgenici, ai quali era stata effettuata una delezione completa di tale recettore, a test di depressione ed ansia comunemente utilizzati. In contrasto con i risultati precedenti, lo stato d’ansia e lo stato depressivo di tali topi non hanno subito variazioni significative rispetto ai loro controlli sebbene i topi utilizzati in entrambi gli studi fossero stati completamente privati dello stesso recettore: sembra quindi non essere possibile supportare un ruolo diretto del recettore Y2 nei meccanismi che regolano disturbi quali depressione ed ansia. Una possible causa del diverso comportamento legato agli stati d’ansia e di depressione è da ricercarsi nei diversi ceppi a cui i topi analizzati nei due studi appartenevano. L’analisi ha dimostrato l’importanza della scelta del ceppo degli animali: una diversa componente genetica tra i vari ceppi può avere un impatto maggiore sul fenotipo dell’animale rispetto alla delezione di un intero gene e questo fenomeno suggerisce quindi una certa cautela nella scelta degli animali e nell’interpretazione dei dati forniti da animali transgenici. Infine, l’espressione del trascritto del recettore Y2 è stata analizzata attraverso la tecnica dell’ibridazione in situ a livello dell’amigdala e della regione corticale ad essa adiacente in tessuti umani post-mortem ottenuti da pazienti affetti da diversi disturbi psichiatrici e paragonata all’espressione in soggetti di controllo, in cui tali disturbi non sono stati diagnosticati. Anche in questo caso non si è confermato il ruolo di Y2 nei meccanismi che regolano la fisiopatologia dei disturbi affettivi, dato che non è stata dimostrata alcuna differenza tra i diversi gruppi patologici nell’espressione di tale recettore a livello dell’amigdala. Inoltre, l’espressione del recettore Y2 è stata studiata in relazione al consumo di sostanze d’abuso. Differentemente dagli utilizzatori di marijuana, una variazione del trascritto di tale recettore è stata osservata nei soggetti consumatori di cocaina e nicotina, ipotizzando un coinvolgimento di Y2 nei meccanismi che regolano l’assunzione di queste sostanze. Riguardo all’etanolo, questo studio non ha dimostrato alcuna variazione trascrizionale del recettore Y2 in soggetti che ne facevano uso, non potendo confermare alcuni studi che sostengono l’importanza del ruolo del sistema di NPY nella dipendenza da etanolo. La presente tesi ha fornito nuovi interessanti dati riguardanti il coinvolgimento del sistema del Neuropeptide Y nei disturbi affettivi, tuttavia per completare lo studio sarebbero necessari ulteriori approfondimenti in particolare sui tessuti umani. Disturbi quali la depressione rappresentano infatti una condizione tipicamente umana, non esattamente riproducibile nei modelli animali, che possono solamente fornire una semplificazione dello stato depressivo. L’utilizzo di composti antagonisti recettoriali selettivi applicato a studi su modelli animali sarebbe in grado di fornire risultati più dettagliati e specifici che potrebbero meglio indicare il sottotipo recettoriale maggiormente coinvolto in questi disturbi, fornendo così un nuovo bersaglio per il possibile sviluppo di nuovi farmaci ansiolitici ed antidepressivi. Ad oggi questa indagine sembra essere piuttosto difficoltosa da effettuare data la mancanza di composti selettivi verso un sottotipo recettoriale e con caratteristiche tali da essere capaci di agire a livello del sistema nervoso centrale. La sintesi di questo genere di composti permetterebbe di comprendere maggiormente la base dei meccanismi che regolano il funzionamento del sistema di NPY nei disturbi dell’umore e di fornire un trattamento efficace contro l’ansia e la depressione.

Depression has been described by mankind for several millennia. The term melancholia, which means “black bile” in Greek, was first used by Hippocrates around 400 b.C. (Akiskal et al., 2000). The major symptoms of depression and the comorbidity of depression with anxiety and excessive alcohol consumption were recognized in ancient times, indeed similarities between ancient descriptions of depression and those of the modern era are striking. From the middle part of the 19th century the brain became the focus of the efforts to understand the pathophysiology of depression. Today, depressive disorders represent a common psychiatric disorder experienced by more than 10% of the population at least once during the lifetime (Blazer et al., 1994). Women are more prone to the disease than men, with almost a two-fold lifetime prevalence rate: around 21% of women and 13% of men of the Unites States population. The mortality is high: 70% of all suicides can be attributed to depressive disorders and they represent a major cause of morbidity worldwide: studies in the United States suggest that 2–3% of the population is hospitalized or seriously impaired by affective illnesses (Blazer, 2000). The World Health Organization has declared depression as the single largest cause of morbidity for women and the leading cause of disability worldwide. Despite the devastating impact of depressive disorders, little is known about their etiology and pathophysiology.

Neuropeptide Y system in mood disorders: role of the different receptor subtypes

ZAMBELLO, Erika
2008

Abstract

L’obiettivo principale di questa tesi di dottorato è rappresentato dalla ricerca di nuove evidenze in grado di supportare la conoscenza di un possibile coinvolgimento del Neuropeptide Y (NPY) e dei suoi principali recettori Y1, Y2 e Y5 nei meccanismi che regolano i disturbi dell’umore, quali depressione, ansia ed i disturbi legati all’esposizione allo stress. Questo studio, proposto dal dipartimento di Biologia del Centro Ricerche GlaxoSmithKline di Verona, è stato condotto nell’ambito di varie collaborazioni con centri universitari, quali il Karolinska Institutet di Stoccolma (Svezia), l’Ecòle Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svizzera) ed il German Primate Center di Göttingen (Germania). Il possibile ruolo di NPY e dei suoi recettori nella regolazione dei meccanismi implicati nella fisiopatologia dei disturbi dell’umore è stato analizzato utilizzando tecniche sperimentali sia in vitro che in vivo applicate a diversi modelli animali di depressione, ad un modello di topi transgenici ed a tessuti cerebrali umani post-mortem ottenuti da pazienti affetti da disturbi psichiatrici. In particolare si è focalizzata l’attenzione sull’analisi dell’espressione dei trascritti di NPY e dei suoi tre recettori mediante la tecnica dell’ibridazione in situ applicata a tre modelli animali di depressione: i ratti Flinders Sensitive Line, un modello genetico particolarmente interessante data l’influenza della componente genetica in questo tipo di disturbi, il “chronic mild stress” ed il “chronic social defeat”, due modelli di stress; quest’ultimo ritenuto una tra le maggiori cause dei disturbi di depressione ed ansia. Il chronic social defeat è stato studiato su due diverse specie animali: un roditore - il ratto - ed un non roditore - la tupaia o tree shrew (Tupaia belangeri) - considerata la sua elevata omologia genetica con l’uomo. I modelli utilizzati sono serviti ad approfondire lo studio del coinvolgimento del sistema di NPY nei disturbi dell’umore cercando di chiarire i meccanismi attraverso cui questo sistema neuropeptidergico agisce e provando a dimostrare quale dei principali sottotipi recettoriali abbia un ruolo di rilievo nella fisiopatologia di questi disturbi e nei meccanismi di regolazione delle risposte agli stress. Lo studio effettuato evidenzia che i tre sottotipi recettoriali sono differentemente espressi nei vari modelli animali e subiscono variazioni dell’espressione dei loro trascritti di tipo speciespecifico. Si è dimostrato che i tre recettori sono diversamente influenzati dall’esposizione ai vari tipi di stress, tuttavia, sebbene il sottotipo Y5 sembri essere particolarmente affetto da variazioni trascrizionali nei modelli animali considerati, non è stato ancora completamente chiarito quale sia il sottotipo recettoriale maggiormente coinvolto nella regolazione dei disturbi dell’umore. Il coinvolgimento del recettore Y2 in tali disturbi non sembra essere sostenuto da questa ricerca, sebbene numerosi studi preclinici e analisi di tessuti umani postmortem avessero dimostrato un ruolo di questo recettore nell’ansia e nella depressione. In generale, in questo studio le variazioni più consistenti e frequenti di espressione del trascritto di NPY e dei suoi recettori sono state osservate a livello dell’ippocampo, dell’ipotalamo e dell’amigdala, fornendo ulteriore supporto all’importanza cruciale di tali regioni cerebrali nella fisiopatologia dei disturbi affettivi. Al fine di confermare alcuni precedenti studi comportamentali che avevano dimostrato che la delezione del recettore Y2 era in grado di indurre una riduzione dello stato d’ansia ed un aumento della capacità di risposta agli stress, è stato condotto uno studio in vivo sottoponendo alcuni topi transgenici, ai quali era stata effettuata una delezione completa di tale recettore, a test di depressione ed ansia comunemente utilizzati. In contrasto con i risultati precedenti, lo stato d’ansia e lo stato depressivo di tali topi non hanno subito variazioni significative rispetto ai loro controlli sebbene i topi utilizzati in entrambi gli studi fossero stati completamente privati dello stesso recettore: sembra quindi non essere possibile supportare un ruolo diretto del recettore Y2 nei meccanismi che regolano disturbi quali depressione ed ansia. Una possible causa del diverso comportamento legato agli stati d’ansia e di depressione è da ricercarsi nei diversi ceppi a cui i topi analizzati nei due studi appartenevano. L’analisi ha dimostrato l’importanza della scelta del ceppo degli animali: una diversa componente genetica tra i vari ceppi può avere un impatto maggiore sul fenotipo dell’animale rispetto alla delezione di un intero gene e questo fenomeno suggerisce quindi una certa cautela nella scelta degli animali e nell’interpretazione dei dati forniti da animali transgenici. Infine, l’espressione del trascritto del recettore Y2 è stata analizzata attraverso la tecnica dell’ibridazione in situ a livello dell’amigdala e della regione corticale ad essa adiacente in tessuti umani post-mortem ottenuti da pazienti affetti da diversi disturbi psichiatrici e paragonata all’espressione in soggetti di controllo, in cui tali disturbi non sono stati diagnosticati. Anche in questo caso non si è confermato il ruolo di Y2 nei meccanismi che regolano la fisiopatologia dei disturbi affettivi, dato che non è stata dimostrata alcuna differenza tra i diversi gruppi patologici nell’espressione di tale recettore a livello dell’amigdala. Inoltre, l’espressione del recettore Y2 è stata studiata in relazione al consumo di sostanze d’abuso. Differentemente dagli utilizzatori di marijuana, una variazione del trascritto di tale recettore è stata osservata nei soggetti consumatori di cocaina e nicotina, ipotizzando un coinvolgimento di Y2 nei meccanismi che regolano l’assunzione di queste sostanze. Riguardo all’etanolo, questo studio non ha dimostrato alcuna variazione trascrizionale del recettore Y2 in soggetti che ne facevano uso, non potendo confermare alcuni studi che sostengono l’importanza del ruolo del sistema di NPY nella dipendenza da etanolo. La presente tesi ha fornito nuovi interessanti dati riguardanti il coinvolgimento del sistema del Neuropeptide Y nei disturbi affettivi, tuttavia per completare lo studio sarebbero necessari ulteriori approfondimenti in particolare sui tessuti umani. Disturbi quali la depressione rappresentano infatti una condizione tipicamente umana, non esattamente riproducibile nei modelli animali, che possono solamente fornire una semplificazione dello stato depressivo. L’utilizzo di composti antagonisti recettoriali selettivi applicato a studi su modelli animali sarebbe in grado di fornire risultati più dettagliati e specifici che potrebbero meglio indicare il sottotipo recettoriale maggiormente coinvolto in questi disturbi, fornendo così un nuovo bersaglio per il possibile sviluppo di nuovi farmaci ansiolitici ed antidepressivi. Ad oggi questa indagine sembra essere piuttosto difficoltosa da effettuare data la mancanza di composti selettivi verso un sottotipo recettoriale e con caratteristiche tali da essere capaci di agire a livello del sistema nervoso centrale. La sintesi di questo genere di composti permetterebbe di comprendere maggiormente la base dei meccanismi che regolano il funzionamento del sistema di NPY nei disturbi dell’umore e di fornire un trattamento efficace contro l’ansia e la depressione.
neuropeptides; receptors
Depression has been described by mankind for several millennia. The term melancholia, which means “black bile” in Greek, was first used by Hippocrates around 400 b.C. (Akiskal et al., 2000). The major symptoms of depression and the comorbidity of depression with anxiety and excessive alcohol consumption were recognized in ancient times, indeed similarities between ancient descriptions of depression and those of the modern era are striking. From the middle part of the 19th century the brain became the focus of the efforts to understand the pathophysiology of depression. Today, depressive disorders represent a common psychiatric disorder experienced by more than 10% of the population at least once during the lifetime (Blazer et al., 1994). Women are more prone to the disease than men, with almost a two-fold lifetime prevalence rate: around 21% of women and 13% of men of the Unites States population. The mortality is high: 70% of all suicides can be attributed to depressive disorders and they represent a major cause of morbidity worldwide: studies in the United States suggest that 2–3% of the population is hospitalized or seriously impaired by affective illnesses (Blazer, 2000). The World Health Organization has declared depression as the single largest cause of morbidity for women and the leading cause of disability worldwide. Despite the devastating impact of depressive disorders, little is known about their etiology and pathophysiology.
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Tipologia: Tesi di dottorato
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