Alterazioni epigenetiche a carico degli istoni in colture primarie di neuroni esposti a IL1β.

Neuropsychiatric and neurodevelopmental pathologies are a major problem for both the individual and society; in a specific way, those pathologies characterized by alterations at the synaptic level, which compromise the correct functioning and / or integrity of the synapses, can be defined as synaptopathies. The alteration of synaptic function can also be caused by environmental stimuli, with inflammatory cytokines influencing synaptic transmission and modifying the risk and severity of a variety of brain diseases. Recently, a study conducted by our laboratory has shown that the hyperactivation of the interleukin 1 pathway (IL1) or via the interleukin 1 receptor 8 ablation (IL-1R8) or through IL-1 receptor activation, induces mTOR activation and increased levels of the MeCP2 epigenetic regulator in primary cultures of hippocampal neurons and in vivo. All this causes clear defects the morphogenesis of dendritic spines and synaptic plasticity and alterations of gene expression evaluated by RNAseq analysis. The genetic correction of MeCP2 levels in IL-1R8 KO neurons, however, causes a restoration of synaptic deficits, indicating that alterations of MeCP2 protein levels are crucial in determining changes. MeCP2 is a transcription factor and a very important epigenetic regulator, its expression is ubiquitous but the protein is especially abundant in CNS cells. Genetic mutations of MeCP2 cause neurological diseases, often very serious, such as Rett syndrome or MeCP2 duplication syndrome. The aim of this thesis was to evaluate the impact of activation of the IL1-R pathway on chromatin, analyzing some specific epigenetic modifications to histones in primary cultures of neurons exposed to IL1β, in particular the methylation of histone H3 and acetylation of histones H2, H3, and H4. The results obtained show that treatment with IL1β results in a decrease in the level of methylation of histone H3 and an increase in the acetylation of histones H2, H3 and H4 in neurons. These alterations could be, at least in part, responsible for the alterations of gene expression found in the brains of IL1R8 KO mice or following IL1β treatment, suggesting that activation of the IL1-R pathway could modify the transcriptomic profile of CNS cells. Further studies will be needed to clarify these aspects.

Le patologie neuropsichiatriche e del neurosviluppo rappresentano un grande problema sia per l’individuo che per la società; in maniera specifica, quelle patologie caratterizzate da alterazioni a livello sinaptico, che compromettono il corretto funzionamento e/o l’integrità delle sinapsi, possono essere definite sinaptopatie. L’alterazione della funzione sinaptica può anche essere data da stimoli ambientali, con citochine infiammatorie che influenzano la trasmissione sinaptica e modificano il rischio e gravità di una varietà di malattie del cervello. Recentemente uno studio condotto dal nostro laboratorio ha dimostrato che l’iperattivazione della via dell’interleuchina 1 (IL1) o tramite l'ablazione del recettore 8 dell'interleuchina 1 (IL-1R8) o attraverso l’attivazione del recettore di IL-1, induce l’attivazione di mTOR e l’aumento dei livelli del regolatore epigenetico MeCP2 in colture primarie di neuroni ippocampali e in vivo. Tutto ciò causa chiari difetti di morfogenesi delle spine dendritiche e della plasticità sinaptica e alterazioni dell’espressione genica valutate mediante analisi RNAseq. La correzione genetica dei livelli di MeCP2 in neuroni IL-1R8 KO tuttavia, fa sì che vi sia un ripristino dei deficit sinaptici, indicando come le alterazioni dei livelli della proteina MeCP2 siano cruciali nel determinare cambiamenti. MeCP2 è un fattore trascrizionale e un regolatore epigenetico molto importante, la sua espressione è ubiquitaria ma la proteina è molto abbondante nelle cellule del SNC. Mutazioni genetiche di MeCP2 causano malattie neurologiche, spesso molto gravi, come la sindrome di Rett o la sindrome da duplicazione di MeCP2. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato di valutare l’impatto dell’attivazione della via IL1-R sulla cromatina, analizzando alcune specifiche modificazioni epigenetiche a carico degli istoni in colture primarie di neuroni esposti a IL1 β, in particolare sono stati analizzati la metilazione dell’istone H3 e l’acetilazione degli istoni H2, H3, e H4. I risultati ottenuti mostrano come il trattamento con IL1β risulti in una diminuzione del livello di metilazione dell’istone H3 e un aumento dell’acetilazione degli istoni H2, H3 e H4 nei neuroni. Queste alterazioni potrebbero essere, almeno in parte, responsabili delle alterazioni di espressione genica riscontrate nel cervello di topi IL1R8 KO oppure in seguito al trattamento con IL1β, suggerendo che l’attivazione della via di IL1-R possa modificare il profilo trascrittomico delle cellule del SNC. Ulteriori studi saranno necessari per chiarire questi aspetti.