Valutazione comportamentale ed ed elettrofisiologica del modello murino R6/2 di malattia di Huntington a seguito di trattamento cronico con ossitocina

Huntington’s disease (HD) is an inherited neurodegenerative disorder with autosomal dominant transmission, characterized by progressive degeneration of the striatum, primarily affecting medium spiny neurons (MSNs) and leading to dysfunctions of the basal ganglia circuitry. Although the disease is classically associated with severe motor symptoms, such as chorea and hyperkinesia, HD is also characterized by prominent non-motor cognitive and psychiatric manifestations. Despite major advances in understanding the pathophysiology of HD, no disease-modifying therapies are currently available, and existing treatments remain largely symptomatic. Oxytocin (OXT) is a neuropeptide known for its roles in the regulation of social behaviour, stress responses and anxiety, and the basal ganglia represent one of the brain regions in which it performs its central functions. Together with evidence indicating that the oxytocinergic system is disrupted in HD, these observations suggest OXT as a potential complementary therapeutic strategy, particularly for non-motor symptoms of the disease. In this thesis, the effects of chronic OXT treatment (daily intranasal administration of OXT 0.25 mg/kg from week P7 to P12; saline was administered to sham animals) were evaluated in the R6/2 mouse model of HD, employing both behavioural and electrophysiological approaches. Experiments compared four groups of animals: WT-saline, WT-OXT, R6/2-saline and R6/2-OXT. Behavioural tests included the gait test, aimed at analysing paws pattern during locomotion, and the open field test, as a measure of motor performance and emotional responses in a novel and mildly stressful environment. In the open field test, R6/2 mice treated chronically with OXT exhibited significantly increased locomotion, rearing, and even jumping behaviours compared to vehicle-treated counterparts, that instead showed typical marked impairments compared to WT animals. These effects likely extended beyond motor facilitation, as OXT appeared to reduce stress-related motor inhibition in HD mice and promote adaptive engagement in emotionally challenging contexts. However, the effects of OXT on core motor deficits remain controversial: although the gait analysis revealed a trend toward improved stride length, the limited sample size prevents definitive conclusions regarding recovery of biomechanical movement parameters, warranting further investigation. Successively, whole-cell patch-clamp recordings on brain slices were performed to examine the effects of chronic OXT administration on the electrophysiological properties of striatal MSNs. In these experiments, R6/2 MSNs exhibited reduced spontaneous excitatory post-synaptic currents (sEPSCs) frequency and prolonged inter-event intervals, indicating impaired excitatory drive and basal ganglia dysfunction. Chronic OXT treatment restored synaptic activity by increasing sEPSC frequency, suggesting enhanced cortico-striatal connectivity and synaptic efficacy, which may underlie the observed behavioural improvements. Taken together, the presented data indicate the potential relevance of OXT as a complementary approach for the treatment of HD, and lay the basis for further investigations employing additional behavioural paradigms and extending electrophysiological recordings to additional striatal neurons and cortical regions.

La malattia di Huntington (HD) è una patologia neurodegenerativa ereditaria a trasmissione autosomica dominante, caratterizzata da una progressiva degenerazione dello striato, che colpisce principalmente i neuroni spinosi medi (MSNs) e conduce a una disfunzione dei circuiti dei gangli della base. Sebbene la malattia sia classicamente associata a gravi sintomi motori, quali corea e ipercinesia, l’HD è caratterizzata anche da rilevanti manifestazioni cognitive e psichiatriche non motorie. Nonostante i significativi progressi nella comprensione della fisiopatologia dell’HD, attualmente non sono disponibili terapie in grado di modificare il decorso della malattia, e i trattamenti esistenti rimangono prevalentemente sintomatici. L’ossitocina (OXT) è un neuropeptide noto per il suo ruolo nella regolazione del comportamento sociale, delle risposte allo stress e dell’ansia, e i gangli della base rappresentano una delle regioni cerebrali in cui essa esercita le sue funzioni centrali. Insieme alle evidenze che indicano che il sistema ossitocinergico presenta alterazioni nell’HD, queste osservazioni indicano l’OXT come potenziale strategia terapeutica complementare, in particolare per i sintomi non motori della malattia. In questa tesi sono stati valutati gli effetti del trattamento cronico con OXT (somministrazione intranasale giornaliera di 0,25 mg/kg di OXT, dalla settimana P7 a P12; soluzione fisiologica somministrata agli animali sham) nel modello murino R6/2 di HD, mediante un approccio integrato comportamentale ed elettrofisiologico. Gli esperimenti hanno confrontato quattro gruppi di animali: WT-saline, WT-OXT, R6/2-saline e R6/2-OXT. I test comportamentali hanno incluso il gait test, volto ad analizzare il pattern delle impronte durante la locomozione, e l’open field test, utilizzato come misura della performance motoria e delle risposte emotive in un ambiente nuovo e moderatamente stressante. Nell’open field test, i topi R6/2 trattati cronicamente con OXT hanno mostrato un incremento significativo della locomozione, del rearing e anche dell’attività di salto rispetto ai controlli trattati con veicolo, i quali presentavano invece marcate compromissioni rispetto agli animali WT. Tali effetti sembrano non limitarsi ad una semplice facilitazione motoria, in quanto l’OXT appare ridurre l’inibizione del movimento correlata allo stress nei topi HD e promuovere un coinvolgimento adattivo in contesti emotivamente sfidanti. Tuttavia, gli effetti dell’OXT sui deficit motori principali rimangono controversi: sebbene l’analisi del gait test abbia evidenziato un trend verso un miglioramento della lunghezza del passo, la limitata numerosità campionaria non consente conclusioni definitive circa un recupero dei parametri biomeccanici del movimento, rendendo necessari ulteriori approfondimenti. Successivamente, sono state effettuate registrazioni whole-cell patch-clamp su slice cerebrali per esaminare gli effetti della somministrazione cronica di OXT sulle proprietà elettrofisiologiche dei MSNs striatali. In questi esperimenti, i MSNs derivanti da R6/2 hanno mostrato una riduzione della frequenza delle correnti post-sinaptiche eccitatorie spontanee (sEPSCs) e un prolungamento degli intervalli inter-evento, indicativi di un ridotto drive eccitatorio e di una disfunzione dei gangli della base. Il trattamento cronico con OXT ha ripristinato l’attività sinaptica aumentando la frequenza delle sEPSCs, indicando un miglioramento della connettività cortico-striatale e dell’efficacia sinaptica, che potrebbe sottendere i miglioramenti comportamentali osservati. Nel complesso, i dati presentati indicano la potenziale rilevanza dell’OXT come approccio complementare nel trattamento dell’HD e pongono le basi per studi futuri che includano ulteriori paradigmi comportamentali ed estendano le registrazioni elettrofisiologiche ad altre popolazioni neuronali striatali e a regioni corticali.