I modelli di pesce zebra illuminano SLC13A5 e l'epilessia

SLC13A5 è un gene che fornisce istruzioni per creare una proteina chiamata trasportatore di citrato accoppiato al sodio (NaCT). Questa proteina è importante per trasportare il citrato, una sostanza che gioca un ruolo chiave in vari processi del corpo. Questo gene si trova in molti mammiferi, compresi gli esseri umani, ed è attivo soprattutto nel fegato, nei testicoli, nelle ossa e nel cervello. Nel cervello, questo trasportatore aiuta i Neuroni ad assorbire il citrato dal sangue e dalle cellule di supporto vicine chiamate astrociti. Il citrato è fondamentale per produrre grassi e colesterolo e per gestire come l’energia viene usata dal corpo.

Quando ci sono mutazioni o cambiamenti nel gene SLC13A5, può portare a un disturbo noto come encefalopatia epilettica sviluppativa 25 (DEE25). Questo disturbo è caratterizzato da Crisi frequenti e prolungate che possono iniziare entro il primo giorno di vita. Altri problemi legati a questa condizione possono includere ritardi nello sviluppo, problemi con lo sviluppo dei denti, difficoltà cognitive, disturbi del sonno e un lento sviluppo delle abilità motorie.

Ci sono alcuni modelli animali, come i topi, che sono stati usati per studiare il gene SLC13A5. Tuttavia, questi modelli non mostrano sempre lo stesso livello di attività convulsiva che si vede negli esseri umani con la condizione. I ricercatori hanno creato modelli di pesci zebra per studiare più da vicino gli effetti delle mutazioni nel SLC13A5. Si è scoperto che i pesci zebra sono adatti per osservare vari problemi legati al cervello grazie ai loro corpi trasparenti e alla possibilità di osservare la loro attività cerebrale in tempo reale.

#Pesci Zebra e SLC13A5

I pesci zebra sono dei pesci piccoli comunemente usati nella ricerca scientifica per la loro rapida crescita e la facilità di manipolazione dei loro geni. Hanno due versioni del gene SLC13A5, conosciute come 5a e 5b. I ricercatori hanno usato un metodo chiamato CRISPR/Cas9 per creare modelli di pesci zebra che non hanno questi geni. Questo approccio ha portato allo sviluppo di tre tipi di mutanti: 5a−/−, 5b−/− e mutanti doppi con entrambi 5a e 5b assenti.

Entrambe le versioni di SLC13A5 si trovano nel cervello dei pesci zebra, in particolare in una regione chiamata mesencefalo. Gli studi hanno mostrato che questi mutanti hanno un mesencefalo più piccolo rispetto ai pesci zebra normali e devono affrontare tassi di mortalità più elevati durante le fasi di sviluppo iniziale.

#Osservazioni Comportamentali

Per capire meglio come la perdita di SLC13A5 influisce sul Comportamento, i ricercatori hanno condotto diversi test. Ad esempio, i pesci zebra sono stati sottoposti a test di suoni e vibrazioni. I mutanti hanno mostrato maggiore sensibilità e si muovevano di più rispetto ai pesci zebra normali. Questo comportamento potrebbe indicare difficoltà di apprendimento simili a quelle che possono sperimentare le persone con mutazioni nel SLC13A5.

I ricercatori hanno anche misurato il movimento dei pesci zebra di notte. Si è scoperto che i mutanti nuotavano di più, indicando potenziali problemi di sonno. Inoltre, durante i test di ansia, i mutanti non hanno mostrato cambiamenti significativi rispetto ai pesci zebra normali, suggerendo che i livelli di ansia potrebbero non essere così pronunciati in questo modello.

Un altro esperimento ha coinvolto l'esposizione dei pesci zebra a una sostanza chimica nota per indurre crisi. Qui, i mutanti hanno mostrato un'attività aumentata, indicando una risposta elevata a potenziali stimoli scatenanti, che potrebbe essere simile alle esperienze di chi ha l'epilessia.

#Struttura Cerebrale e Conto dei Neuroni

Come parte della comprensione delle implicazioni neurali della perdita di SLC13A5, i ricercatori hanno esaminato il numero di neuroni nel cervello dei pesci zebra. Hanno scoperto che il numero di neuroni era diminuito nei mutanti, il che potrebbe contribuire ai loro problemi comportamentali. Sia a 3 giorni che a 5 giorni dopo la fertilizzazione, i conteggi erano più bassi rispetto ai pesci zebra normali.

Per valutare se un numero minore di neuroni venisse prodotto inizialmente, i ricercatori hanno esaminato anche il numero di neuroni in una fase di sviluppo di picco. Non sono state notate differenze a questo punto, suggerendo che la perdita di neuroni nei mutanti potrebbe derivare da un aumento della morte cellulare piuttosto che da un fallimento nella loro produzione durante lo sviluppo.

Per indagare direttamente la morte cellulare, è stato utilizzato un metodo di colorazione, che ha indicato che c'era effettivamente un numero maggiore di neuroni morenti nei pesci zebra mutanti. Questa scoperta indica una potenziale connessione tra crisi e morte cellulare, allineandosi con osservazioni da altri modelli animali e umani con epilessia.

#Attività Neuronale ed Eccitabilità

Il passo successivo ha comportato lo studio dell'attività elettrica dei neuroni in questi mutanti di pesci zebra. I neuroni normalmente funzionanti mantengono un equilibrio tra segnali eccitatori e inibitori. Tuttavia, nei mutanti slc13a5, i ricercatori hanno riscontrato che c'era uno squilibrio, indicato da un'attività aumentata dei neuroni eccitatori e una diminuzione dell'attività dei neuroni inibitori. Questo squilibrio potrebbe contribuire all'iperattività osservata nelle crisi.

Gli esperimenti hanno mostrato che i livelli di alcune proteine legate all'attività neuronale erano anch'essi disturbati nei mutanti. In particolare, un gene noto come fosab, che è tipicamente sovraregolato durante l'attività convulsiva, è stato trovato a livelli più alti nei mutanti rispetto ai controlli. Questo indica una tendenza verso un'eccitabilità cerebrale aumentata in questi modelli di pesci zebra.

#Funzione Mitocondriale

Oltre a esaminare l'attività neuronale, i ricercatori hanno valutato anche la salute metabolica dei mutanti slc13a5. I mutanti hanno mostrato una ridotta funzione mitocondriale, che è essenziale per la produzione di energia nelle cellule. Questa scoperta è stata esplorata utilizzando un dispositivo speciale che misura quanto ossigeno viene consumato dalle cellule, indicando il loro stato metabolico.

I pesci zebra mutanti hanno dimostrato livelli più bassi delle funzioni respiratorie di base e della produzione di energia rispetto ai pesci zebra normali. Nel frattempo, alcuni aspetti della loro capacità respiratoria sono risultati aumentati, il che potrebbe indicare che le cellule stanno lottando per mantenere i livelli energetici.

#Recettore NMDA e Attività del Calcio

Ulteriore analisi si è concentrata su un tipo specifico di recettore noto come recettore NMDA, che gioca un ruolo fondamentale nel controllo dei livelli di calcio nei neuroni. Si ipotizzava che nei mutanti slc13a5, un eccesso di citrato potesse legarsi allo zinco, che normalmente aiuta a regolare l'attività del recettore NMDA, causando un afflusso incontrollato di calcio nei neuroni.

Utilizzando un sensore di calcio specifico per i neuroni, i ricercatori hanno trovato una maggiore frequenza di eventi di calcio nei mutanti slc13a5. Questo aumento della segnalazione del calcio suggerisce che i neuroni in questi pesci sono più eccitabili rispetto a quelli dei pesci zebra normali.

Per testare il ruolo dei Recettori NMDA, i ricercatori hanno usato farmaci che bloccano l'attività di questi recettori. Il trattamento con questi farmaci ha portato a una diminuzione dell'attività di calcio elevata nei mutanti, suggerendo che i recettori NMDA stanno effettivamente giocando un ruolo cruciale nell'eccitabilità e nella potenziale attività convulsiva osservata in questi pesci zebra.

#Potenziali Trattamenti

I risultati indicano che mirando ai recettori NMDA con farmaci specifici, potrebbe essere possibile ridurre i comportamenti simili a crisi e migliorare il profilo metabolico dei mutanti di pesci zebra. I ricercatori hanno già scoperto che l'uso di antagonisti dei recettori NMDA può invertire alcune delle carenze comportamentali osservate nei mutanti slc13a5.

Questo apre a possibilità di potenziali trattamenti per individui con epilessia legata a SLC13A5. Comprendendo come funzionano queste vie recettoriali nei pesci zebra, i ricercatori possono esplorare se strategie simili potrebbero essere efficaci negli esseri umani.

#Conclusione

I modelli di pesci zebra creati per studiare le mutazioni di SLC13A5 offrono un'opportunità preziosa per osservare gli effetti di questi cambiamenti genetici sia sul comportamento che sulla funzione cerebrale. Questi pesci mostrano molti dei stessi problemi visti negli esseri umani, inclusi problemi comportamentali e aumento della morte neuronale.

La ricerca getta anche luce sui meccanismi sottostanti che collegano il trasporto di citrato all'attività convulsiva, suggerendo che puntare ai recettori NMDA potrebbe essere una potenziale via di trattamento. Man mano che gli scienziati approfondiscono questi modelli, la speranza è di sviluppare strategie terapeutiche migliori per individui con epilessia legata a mutazioni nel SLC13A5 e altre condizioni correlate.

La combinazione di test comportamentali, valutazioni neuronali e profilazione metabolica nei pesci zebra offre un approccio completo per studiare disturbi neurologici complessi, fornendo intuizioni che potrebbero portare a risultati migliori per le persone colpite in futuro.