Studio delle cellule senescenti in modelli animali con la malattia di Alzheimer

Aging is the most important risk factor for late-onset Alzheimer’s disease (LOAD), a progressive neurodegenerative disorder that affects the nervous system and results in a gradual build-up of extracellular senile plaques and intraneuronal neurofibrillary tangles. Cell senescence has become a potential factor driving AD as recently as this period. In this view, the current study aimed to estimate the mRNA expression level of various senescence-related markers in a variety of AD mouse models during the disease progression in the established AD models like 3xTg-AD and APP/PS1 mice. Similarly, the potential modulation effect of class I histone deacetylase inhibitor tacedinaline (30 mg/kg/day, intraperitoneally for 30 days) was tested in 10-month-old APP/PS1 mice. In the 3xTg-AD model, at 3, 12 and 15 months old, senescence markers were analyzed to determine the level of aging of both hippocampus and cortex leading to less overall transcriptional changes relative to age-matched wild-type controls. A small, but non-significant, hippocampal elevation of Cdkn1a mRNA levels was reported at 3 months, suggesting potential early and partial stimulation of the Trp53–Cdkn1a pathway. But no changes were found for Trp53 or for various senescence markers (Mki67, H2afx, Bcl2, Cxcl1) at any time points analyzed. These results indicate that here senescence-associated transcriptional changes are modest and not heavily regulated by aging or genotype. Genes for senescence-related functions were assessed for expression at 7, 10, and 16 months in the APP/PS1 model. The observed results showed a more complex and diverse pattern. The hippocampus was shown to increase H2afx mRNA at 7 months, indicating that DNA damage is early in its life cycle. On the contrary, there were no evident alterations in the expression of Trp53, Cdkn1a, or Mki67. Cortical levels of Trp53 mRNA differed in relation to age and Cdkn1a had a tendency for higher levels, indicating its higher expression profile albeit not clear statistically. Interestingly, Cxcl1 mRNA levels are significantly elevated in the cortex in 16-month-old APP/PS1 mice, suggesting a latent activation of the senescence-associated secretory phenotype (SASP) at age-related stages of the disease. Collectively, these findings lack agreement for a sustained reduction of markers of senescence but suggest dynamic and region-dependent regulation under disease progression. In APP/PS1 mice, the effects of tacedinaline in the senescence markers at 10 months showed limited and heterogeneous effects. No significant differences in Trp53 mRNA levels were detected between untreated and treated groups, although the hippocampus exhibited a qualitative reduction in Trp53 expression upon treatment. Moreover, tacedinaline induced elevated cortex Cdkn1a mRNA levels and H2afx expression in WT mice. These results indicate that the effect of tacedinaline on senescence-related pathways is limited and situational and provide no clear support for its potent protective power. Together, these findings suggest that cellular senescence in AD mice is complex: in fact, the classic genetic markers do not always appear consistently. Moreover, while tacedinaline may exert some modulatory effects, its role in ameliorating the senescence phenotype remains limited and requires further investigation.

L'invecchiamento è il fattore di rischio più importante per la malattia di Alzheimer ad esordio tardivo (LOAD), una patologia neurodegenerativa progressiva che colpisce il sistema nervoso e determina un graduale accumulo di placche senili extracellulari e grovigli neurofibrillari intraneuronali. La senescenza cellulare è emersa come un potenziale fattore scatenante dell'AD solo di recente. In quest'ottica, il presente studio si propone di valutare il livello di espressione dell'mRNA di diversi marcatori correlati alla senescenza in una varietà di modelli murini di AD durante la progressione della malattia, in particolare, in modelli come i topi 3xTg-AD e APP/PS1. Analogamente, è stato testato il potenziale effetto modulatore dell'inibitore dell'istone deacetilasi di classe I tacedinalina (30 mg/kg/giorno, per via intraperitoneale per 30 giorni) in topi APP/PS1 di 10 mesi. Nel modello 3xTg-AD, a 3, 12 e 15 mesi di età, sono stati analizzati i marcatori di senescenza per determinare il livello di invecchiamento sia dell'ippocampo che della corteccia. A 3 mesi è stato riportato un piccolo, ma non significativo, aumento dei livelli di mRNA di Cdkn1a nell'ippocampo, suggerendo una potenziale stimolazione precoce e parziale della via Trp53-Cdkn1a. Tuttavia, non sono stati riscontrati cambiamenti per Trp53 o per vari marcatori di senescenza (Mki67, H2afx, Bcl2, Cxcl1) in nessuno dei punti temporali analizzati. Questi risultati indicano che in questo caso i cambiamenti trascrizionali associati alla senescenza sono modesti e non fortemente regolati dall'invecchiamento o dal genotipo. I geni per le funzioni correlate alla senescenza sono stati valutati a 7, 10 e 16 mesi nel modello APP/PS1. I risultati osservati hanno mostrato un modello più complesso e diversificato. È stato dimostrato che l'ippocampo presenta un aumento dell'mRNA di H2afx a 7 mesi, indicando che il danno al DNA si verifica precocemente nel suo ciclo vitale. Al contrario, non sono state osservate alterazioni evidenti nell'espressione di Trp53, Cdkn1a o Mki67. I livelli corticali di mRNA di Trp53 differivano in relazione all'età e Cdkn1a mostrava una tendenza a livelli più elevati, indicando un profilo di espressione più alto, sebbene non statisticamente significativo. È interessante notare che i livelli di mRNA di Cxcl1 sono significativamente elevati nella corteccia di topi APP/PS1 di 16 mesi, suggerendo un'attivazione latente del fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP) nelle fasi della malattia correlate all'età. Nel complesso, questi risultati non concordano su una riduzione sostenuta dei marcatori di senescenza, ma suggeriscono una regolazione dinamica e regione-dipendente durante la progressione della malattia. Nei topi APP/PS1, gli effetti della tacedinalina sui marcatori di senescenza a 10 mesi hanno mostrato effetti limitati ed eterogenei. Non sono state rilevate differenze significative nei livelli di mRNA di Trp53 tra i gruppi trattati e non trattati, sebbene l'ippocampo abbia mostrato una riduzione qualitativa dell'espressione di Trp53 in seguito al trattamento. Inoltre, la tacedinalina ha indotto un aumento dei livelli di mRNA di Cdkn1a e dell'espressione di H2afx nella corteccia dei topi WT. Questi risultati indicano che l'effetto della tacedinalina sui percorsi correlati alla senescenza è limitato e situazionale e non fornisce un chiaro supporto al suo potente potere protettivo. Nel complesso, questi risultati suggeriscono che la senescenza cellulare nei topi AD è complessa: infatti, i classici marcatori genetici non compaiono sempre in modo coerente. Inoltre, sebbene la tacedinalina possa esercitare alcuni effetti modulatori, il suo ruolo nel migliorare il fenotipo della senescenza rimane limitato e richiede ulteriori indagini.