Ruolo delle vesciole extracellulari derivanti da microglia nel synaptic pruning

During development, microglia are responsible for beneficial synaptic pruning by phagocytosis of aberrant synapses tagged by complement factors. Moreover, excessive complement-mediated synaptic pruning is activated during neurodegeneration, causing pathological loss of synapses. Extracellular vesicles (EVs) shed from the plasma membrane of glial cells are key players in glial-neuron communication in both healthy and diseased brains. EVs released by microglia carry multiple signals implicated in synaptic pruning and scan the neuron surface before establishing a stable contact with dendrites, thus representing ideal vehicles to tag synapses with molecules guiding microglial removal. Recent data from the laboratory showed that co-culture of mature hippocampal neurons with wild type (WT) microglia or C9orf72 knock out (KO) microglia may induct a decrease in the density of post-synaptic puncta in both conditions. However, only the co-culture with C9orf72 KO microglia, which produces a double amount of EVs and more complement factors (C1q/C3) associated with EVs compared to WT cells, reduced the density of pre-synaptic puncta. On this basis, the aim of my thesis was to investigate whether alteration in levels of microglial EVs may affect microglial-mediated synaptic pruning during the early development stage. By co-culturing mature hippocampal neurons with WT or C9orf72 KO microglia, we found that pretreatment of C9orf72 KO microglia with GW4869, an inhibitor of EV biogenesis that reduces EV production by 50%, restored normal pre-synaptic density in microglia-neuron co-cultures. Whereas the addition of microglial EVs to neurons before co-culturing with WT microglia induced a selective decrease in presynaptic-positive puncta, leaving the density of post-synaptic puncta unchanged. Taken together, these findings identify a novel role of microglia-derived EVs in instructing pre-synapse engulfment during developmental critical periods.

Le vescicole extracellulari (EVs) rilasciate dalla membrana plasmatica delle cellule gliali sono attori chiave nella comunicazione glia-neuroni in cervelli sani e malati. Le EVs rilasciate dalla microglia trasportano molteplici segnali implicati nel pruning sinaptico e scansionano la superficie del neurone prima di stabilire un contatto stabile con i dendriti, rappresentando quindi veicoli ideali per marcare le sinapsi con molecole che guidano la rimozione attuata dalla microglia. Dati recenti del laboratorio Verderio hanno dimostrato che la co-cultura di neuroni ippocampali maturi con microglia wild type (WT) o microglia C9orf72 knock out (KO) ha indotto una diminuzione della densità dei puncta postsinaptici. Tuttavia, solo la co-coltura con microglia C9orf72 KO, che produce una quantità doppia di EVs e un maggior numero di fattori del complemento (C1q/C3) associati alle EVs rispetto alle cellule WT, ha ridotto la densità dei puncta pre-sinaptici. Sulla base di questi dati, lo scopo della mia tesi è stato quello di indagare il ruolo delle EVs microgliali nel pruning sinaptico mediato dalla microglia durante le prime fasi dello sviluppo. Coltivando neuroni ippocampali maturi con microglia WT o C9orf72 KO, è stato osservato che il pretrattamento della microglia C9orf72 ko con GW4869, un inibitore della biogenesi delle EVs che riduce la produzione delle vescicole extracellulari del 50%, ha ripristinato la densità pre-sinaptica nelle co-culture microglia-neuroni, mentre l'aggiunta di EVs microgliali ai neuroni prima della co-cultura con microglia WT ha indotto una diminuzione selettiva dei puncta presinaptici, lasciando invariata la densità dei puncta post-sinaptici. Nel complesso, questi risultati identificano un nuovo ruolo delle EV derivate dalla microglia nel mediare l'engulfment delle presinapsi durante i periodi critici dello sviluppo.