Genetica e Risposta Immunitaria nel Disturbo da Uso di Alcol

Il Disturbo da Uso di Alcol (AUD) è un problema di salute importante in tutto il mondo. Aumenta le probabilità di morire presto e causa difficoltà nella vita quotidiana. Ci sono molti motivi per cui alcune persone sviluppano l'AUD, compresa la genetica, che gioca un ruolo fondamentale. Le ricerche dimostrano che i fattori genetici possono spiegare circa la metà del motivo per cui alcune persone sono più propense a sviluppare AUD rispetto ad altre. Queste influenze genetiche sono complesse e coinvolgono molti geni diversi.

I Punteggi di Rischio Poligenico (PRS) aiutano a riassumere come le variazioni genetiche contribuiscono al rischio di una persona per malattie come l'AUD. Anche se i PRS per l'AUD possono indicare alcuni dei rischi genetici, non è ancora chiaro come influenzano il funzionamento delle cellule nel corpo.

Nelle persone con AUD, il sistema immunitario e le vie infiammatorie nel cervello sono spesso attivate. Studi che utilizzano campioni di cervello post-mortem hanno mostrato connessioni tra le risposte immunitarie e l'AUD. Alcuni geni alterati nelle persone con AUD compaiono in vie legate all'immunità. Gli interferoni, che aiutano il corpo a combattere le infezioni, sono coinvolti in modo significativo quando qualcuno è esposto all'alcol per un lungo periodo di tempo.

Studi recenti che utilizzano cellule staminali umane hanno mostrato che l'esposizione all'etilico (il tipo di alcol presente nelle bevande) attiva il NLRP3 inflammasome, una parte chiave del sistema immunitario, in queste cellule. Le microglia, che sono le principali cellule immunitarie nel cervello, reagiscono ai cambiamenti nel loro ambiente. Possono alterare la loro forma e funzione in base a ciò che percepiscono. Le cellule microgliali sono vitali nel controllare l'infiammazione, pulire le cellule morte e lavorare a stretto contatto con i neuroni per influenzare i segnali nel cervello.

Quando esposte all'etilico, le microglia si attivano, cambiano forma e mostrano risposte immunitarie aumentate negli studi sugli animali. Ridurre l'attività microgliale può diminuire i comportamenti legati alla dipendenza dall'alcol e aiutare a ripristinare alcune funzioni nel cervello che sono influenzate dall'uso di alcol. Alcuni scienziati credono che il modo in cui le microglia potano le sinapsi (collegamenti tra neuroni) possa essere collegato a problemi di memoria e alla perdita di connessioni cerebrali a causa dell'uso prolungato di alcol.

Risultati recenti suggeriscono che le microglia nei roditori non riflettono sempre la biologia delle microglia umane, poiché le microglia umane esprimono geni specifici che quelle dei roditori non hanno. Le microglia umane possono essere create da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs). Queste cellule offrono un buon modello per studiare come le cellule immunitarie interagiscono con le cellule cerebrali.

Quando le microglia derivate da iPSC umane vengono esposte ai componenti del cervello, mostrano cambiamenti nell'espressione genica. Questi cambiamenti sono in linea con le firme viste nelle microglia cerebrali umane, in particolare nelle condizioni che portano alla neurodegenerazione. Questo significa che le microglia derivate da iPSC possono aiutare i ricercatori a capire come specifiche malattie influenzano le funzioni cellulari.

Anche se si sa che le microglia giocano un ruolo nell'AUD, i modi esatti in cui l'esposizione all'etilico e il rischio genetico legato all'AUD interagiscono negli umani non sono ancora completamente compresi.

#Panoramica dello Studio

Questo studio mira ad analizzare come le cellule microgliali si comportano in relazione al rischio genetico di sviluppare AUD a causa di diversi punteggi di rischio poligenico. I ricercatori hanno creato microglia da linee di iPSC umane ottenute da partecipanti con un alto PRS per AUD (HPRS) e con un basso PRS (LPRS). I partecipanti sono stati selezionati da uno studio più ampio sulla genetica dell'alcolismo, che ha identificato vari meccanismi genetici e molecolari dietro l'AUD.

Otto partecipanti avevano AUD con un punteggio di rischio alto (HPRS) e dieci partecipanti avevano punteggi di rischio bassi e nessuna storia di AUD (LPRS). Utilizzare questi campioni presenta un'opportunità unica per studiare come genetica e fattori ambientali, come l'etilico, influenzano le funzioni cellulari. Poiché il PRS riassume molte variazioni genetiche, ci si aspetta una grande varietà nei risultati.

Nello studio, le cellule microgliali umane derivate da iPSC sono state esposte all'etilico, e i ricercatori hanno notato aumenti in alcuni marcatori immunitari e cambiamenti nella forma cellulare. Risposte distinte sono state osservate tra microglia di soggetti con HPRS rispetto a quelle con LPRS. Esaminando attentamente l'espressione genica, sono state trovate differenze tra le cellule microgliali HPRS e LPRS, in particolare per quanto riguarda i processi immunitari e fagocitici.

#Generazione di Microglia

Il primo passo dell'esperimento ha coinvolto la generazione di linee di iPSC umane dai linfociti dei partecipanti. Le linee selezionate sono state convalidate per la loro capacità di trasformarsi in vari tipi cellulari. Queste iPSC sono state quindi differenziate in progenitori di macrofagi primitivi (PMPs) e successivamente mature in cellule microgliali.

I PMPs derivati dalle iPSC mostravano alta espressione di marcatori specifici che indicavano la loro identità come precursori delle cellule immunitarie. Dopo aver confermato le identità di questi PMPs, sono stati trattati con fattori specifici per aiutarli a maturare completamente in microglia.

#Caratterizzazione delle Microglia

I ricercatori hanno caratterizzato le microglia generate attraverso una serie di test per assicurarsi che mostrassero caratteristiche microgliali appropriate. Hanno utilizzato varie tecniche di immunocolorazione per confermare i marcatori specifici noti per essere presenti nelle cellule microgliali. I risultati hanno mostrato che la maggior parte dei PMPs si è differenziata con successo in microglia, mantenendo l'identità delle autentiche cellule microgliali umane.

#Analisi dell'Esprssione Genica tra Microglia HPRS e LPRS

Lo studio ha utilizzato il sequenziamento RNA per confrontare l'espressione genica nelle cellule microgliali dei gruppi HPRS e LPRS. I ricercatori hanno trovato quasi 2.000 geni espressi in modo diverso tra i due gruppi in assenza di etilico. I geni più attivi nelle microglia HPRS erano collegati a processi associati alla divisione cellulare e all'attività recettoriale. Nel frattempo, i geni meno attivi nel gruppo HPRS erano principalmente connessi alla segnalazione immunitaria.

Per quanto riguarda la reazione delle microglia all'etilico, lo studio ha scoperto che sia le microglia HPRS che LPRS hanno mostrato un'espressione elevata di marcatori di attivazione dopo l'esposizione all'etilico. I ricercatori hanno esaminato da vicino come le forme microgliali cambiavano quando esposte all'alcol, utilizzando strumenti software per valutare le alterazioni nella complessità e nella struttura cellulare.

Dopo l'esposizione all'etilico, sono stati osservati cambiamenti significativi nella morfologia microgliale. Le microglia HPRS hanno mostrato una maggiore transizione in uno stato associato all'attivazione immunitaria rispetto alle microglia LPRS.

#Impatto dell'Etilico sull'Attivazione Microgliale

Per capire come l'etilico influisce sulle microglia, i ricercatori hanno esposto le cellule microgliali derivate da iPSC all'etilico per diversi giorni. Hanno scoperto che sia le microglia HPRS che LPRS mostrano marcatori di attivazione aumentati, il che significa che l'etilico attiva costantemente le cellule microgliali indipendentemente dal punteggio di rischio genetico.

Curiosamente, i cambiamenti nella forma microgliale erano più pronunciati nelle cellule microgliali HPRS, suggerendo che il background genetico possa influenzare le risposte cellulari all'etilico.

#Cambiamenti Trascrittomici Dovuti all'Espozione all'Etilico

Quando i ricercatori hanno esaminato i cambiamenti nell'espressione genica causati dall'esposizione all'etilico, hanno visto un aumento nei geni espressi in modo differenziale sia nelle microglia HPRS che LPRS. Tuttavia, c'era un numero significativo di geni unici che erano sovraregolati nelle cellule microgliali HPRS dopo il trattamento con etilico, in particolare geni legati ai processi immunitari come l'elaborazione degli antigeni.

I risultati suggeriscono che l'esposizione all'etilico può innescare risposte immunitarie distinte nelle cellule microgliali, e queste risposte sembrano dipendere da fattori di rischio genetico.

#Attività Fagocitica delle Microglia

La Fagocitosi, il processo attraverso il quale le cellule inghiottono e digeriscono altre cellule o particelle, è stata valutata anche nelle microglia esposte all'etilico. Attraverso una serie di saggi, i ricercatori hanno scoperto che le microglia HPRS mostrano un'attività fagocitica migliorata dopo l'esposizione all'etilico rispetto alle microglia LPRS.

Questi risultati indicano che il background genetico delle microglia gioca un ruolo in quanto efficacemente possano eliminare sostanze nocive, sottolineando ulteriormente il legame tra genetica e funzione immunitaria nel contesto dell'AUD.

#Interazioni tra Microglia e Neuroni

Per valutare come le microglia influenzano la funzione neuronale, i ricercatori hanno co-coltivato neuroni umani con microglia sia HPRS che LPRS. Durante questa fase, è emerso che i neuroni esposti all'etilico mostrano un'attività sinaptica aumentata quando coltivati con microglia LPRS. Tuttavia, quando le microglia HPRS erano presenti, sembravano mitigare la connettività sinaptica aumentata causata dall'esposizione all'etilico.

Questo suggerisce che le microglia derivate da individui con un rischio genetico più alto per AUD possono giocare un ruolo nel modificare la funzione sinaptica e la connettività in risposta al consumo di alcol.

#Conclusione

In sintesi, lo studio mostra che sia la genetica che i fattori ambientali si intrecciano per plasmare il comportamento delle cellule microgliali in individui con diversi rischi per AUD. I risultati evidenziano differenze critiche tra le microglia di individui con alto e basso rischio genetico, suggerendo che il background genetico influisce significativamente sulle risposte immunitarie e sulle attività cellulari nel contesto dell'uso di alcol.

Ulteriori ricerche sono necessarie per capire i meccanismi dettagliati dietro queste interazioni e come contribuiscono allo sviluppo e alla progressione dell'AUD. In particolare, il ruolo delle microglia nella potatura sinaptica e nell'interazione neuronale durante l'esposizione all'alcol rimane un'area vitale per future esplorazioni. Alla fine, comprendere questi processi potrebbe portare a migliori trattamenti e interventi per coloro che sono colpiti dall'AUD.