Altered migration of forebrain inhibitory interneurons in a mouse model of intellectual disability

Oligophreni-1 (OPHN1), un gene codificato sul cromosoma X associato a disabilità intellettiva, codifica per una Rho-GTPase activating protein che si pensa regoli numerosi processi di sviluppo, inclusi crescita degli assoni, maturazione dendritica e migrazione cellulare. Come OPHN1 possa influenzare la formazione e la funzionalità dei circuiti neuronali e portare a disfunzioni cognitive rimane oscuro. La migrazione neuronale è uno dei processi fondamentali che permette la corretta connessione e funzione dei circuiti neuronali. La migrazione avviene prevalentemente durante l'embriogenesi, ma persiste in adulto nella zona subventricolare (SVZ). I precursori neuronali generati nella SVZ migrano lungo la via migratoria rostrale (RMS) per raggiungere il bulbo olfattivo (OB), dove diventano interneuroni maturi. Per comprendere l'impatto di OPHN1 sulla migrazione cellulare, abbiamo utilizzato una linea murina esprimente una mutazione nulla di OPHN1. Abbiamo scoperto che la perdita di funzionalità di OPHN1 non influenza la generazione di nuovi precursori neuronali nella SVZ. Tuttavia, il numero di cellule generate in adulto che raggiunge il OB era drammaticamente ridotto nei topi OPHN1-/y , suggerendo che la migrazione dalla SVZ al OB fosse alterata. Combinando esperimenti di birthdating e vettori lentivirali che marcassero i progenitori neuronali nella SVZ, abbiamo scoperto che la progressione, la morfologia e la direzionalità della cellule in migrazione era fortemente alterata nei topi OPHN1-/y. Per studiare il meccanismo sottostante all'alterate migrazione cellulare abbiamo eseguito esperimenti di time-lapse imaging al 2-fotoni sui neuroblasti in migrazione, in vivo, testando segnali molecolari noti per modulare la migrazione cellulare, come GABA e modulatori del signaling del GABA. Il GABA è presente in abbondanza nella RMS. È prodotto dai neuroblasti in migrazione ed è noto per modulare il tasso di migrazione agendo sui precursori neuronali in maniera autocrina e paracrina. L'inversione di polarità (depolarizzazione versus iperpolarizzazione) esercitata dal GABA sui neuroni non è univoca, ma dipende dalla concentrazione intracellulare di cloro, [Cl-]i. Questa è finemente regolata da due co-trasportatori, l'espressione dei quali è regolata durante lo sviluppo. NKCC1, è prevalentemente espresso in neuroni immaturi, favorendo alte [Cl-]i, e portando a una risposta depolarizzante al GABA. Al contrario, KCC2, estesamente espresso nei neuroni maturi, favorisce basse [Cl-]i, e promuove una risposta al GABA iperpolarizzante. I nostri dati di time-lapse imaging eseguito in presenza di inibitori dei trasportatori del cloro suggeriscono che la polarità della risposta al GABA possa essere invertita nei topi OPHN1-/y rispetto ai topi controllo. Questa alterazione è di ostacolo alla migrazione dei neuroni neogenerati lungo la RMS nei topi OPHN1-/y. Di conseguenza, la perdita di funzionalità di OPHN1 porta all'inabilità dei neuroblasti di migrare correttamente dalla SVZ al OB. In aggiunta, OPHN1 sembra ridurre la motilità dei neuroblasti agendo su due differenti meccanismi controllati da due distinte cascate di segnale. Questo può alterare il bilanciamento tra eccitazione ed inibizione e contribuire alla patofisiologia della disabilità intellettiva.