Studio in vivo sull’interazione gene-ambiente nel disturbo dello spettro autistico nei modelli murini neurotipici e autistici dopo l’esposizione postnatale al p-Cresolo.

Autism spectrum disorder (ASD) is a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders characterized by social and communication deficits, along with repetitive and restricted behaviours. It is frequently accompanied by changes in gastrointestinal (GI) system and psychiatric disorders. ASD is highly heritable, but epigenetic and environmental factors contribute importantly to pathogenesis. Many ASD individuals display altered composition of intestinal microbiota associated with toxic metabolites production, which through peripheral or central mechanisms, affect neuronal activities or induce neuroinflammation, with considerable consequences in behaviour. Recent data suggest that intestinal bacteria metabolite p-Cresol (p-Cres) plays important role in the regulation of microbiome-gut-brain axis activity, and the existence of a correlation between p-Cres urinary level and symptoms severity of ASD children. One in vitro study supported this evidence demonstrating that p-Cres interferes with dendritic arborization and synaptic density development, suggesting a direct effect of this molecule on synaptogenesis. Moreover, two in vivo studies showed that acute administration of p-Cres in BTBR mice, an idiopathic mouse model of ASD, aggravates the ASD-like behaviours, while chronic exposure to p-Cres increases stereotypies in neurotypical C57Bl/6J mice. In this study we investigated the in vitro and in vivo effect of p-Cres; in vitro data demonstrated that p-Cres treatment induced cell- and dose-dependent morphological and transcriptional changes. On the other hand, in vivo results evidenced that acute or chronic administration of p-Cres in C57Bl/6J and BTBR mice, did not induce significant alterations in ASD-related behaviours of BTBR mice, neither in phenotypes of C57Bl/6J mice, regardless of gender or administration routes. Ex-vivo analyses showed enhanced inflammatory responses in BTBR mice compared to neurotypical strain, independent of p-Cres treatment. Our results suggest the absence of synergic relationships between p-Cres exposure and ASD-related manifestations; however, we cannot exclude that other environmental factors, such as chronic exposure/increased susceptibility to stress, could have indirect impacts on intestinal microbiota, therefore on manifestation of ASD-specific behaviours.

Il disturbo dello spettro autistico (DSA) è un gruppo eterogeneo dei disturbi del neurosviluppo, caratterizzato da difetti sociali e di comunicazione, accompagnato da comportamenti ripetitivi e ristretti. Tra le comorbidità più comuni vi sono alterazioni del sistema gastrointestinale e disturbi psichiatrici. Il DSA è altamente ereditario, ma fattori epigenetici e ambientali possono condizionarne significativamente la patogenesi. Molti individui con DSA presentano un’alterata composizione del microbiota intestinale associata alla produzione di metaboliti tossici; questi, agendo a livello periferico e/o centrale, possono alterare l’attività neuronale e indurre neuroinfiammazione, con rilevanti conseguenze sul comportamento. Dati recenti di letteratura suggeriscono che il metabolita batterico intestinale p-Cresolo (p-Cres) svolga un ruolo importante nel modulare l’attività dell’asse microbioma-intestino-cervello e che, nello specifico del DSA, esista una correlazione tra i livelli di p-Cres nelle urine di bambini autistici e la gravità del fenotipo. A sostegno di questa evidenza, uno studio in vitro dimostra che il p-Cres interferisce con l’arborizzazione dendritica e lo sviluppo della densità sinaptica suggerendo un effetto diretto della molecola sulla sinaptogenesi. Inoltre, due studi in vivo dimostrano che la somministrazione acuta di p-Cres a topi BTBR, modello idiopatico di DSA, ne aggrava il fenotipo, e che l’esposizione cronica a p-Cres induce un aumento delle stereotipie in topi neurotipici C57Bl/6J. In questo studio abbiamo indagato l’effetto del p-Cres sia in vitro sia in vivo; i dati in vitro hanno dimostrato che il trattamento con p-Cres induce effetti morfologici e trascrizionali cellula- e dose- dipendenti. Lo studio in vivo, invece, ha dimostrato che la somministrazione acuta o cronica di p-Cres in topi C57Bl6J e BTBR, indipendentemente dal sesso e dalla via di somministrazione, non induce alterazioni significative sulle manifestazioni DSA-tipiche dei topi BTBR, e non altera il fenotipo dei topi C57Bl/6J. L’analisi ex-vivo ha invece evidenziato una maggiore risposta infiammatoria nei topi BTBR rispetto al ceppo neurotipico, indipendentemente dal trattamento con p-Cres. I dati ottenuti nel presente progetto sperimentale suggeriscono l’assenza di una relazione sinergica tra l’esposizione a p-Cres e le manifestazioni DSA-tipiche; tuttavia, non si esclude che altri fattori ambientali, come ad esempio l’esposizione cronica/aumento suscettibilità allo stress, possano esercitare effetti indiretti sul microbiota intestinale e quindi sulla manifestazione di comportamenti DSA-specifici.