Intranasal administration of neuropeptides as a new therapeutic strategy to treat social and cognitive alterations relevant to schizophrenia

La schizofrenia è un disturbo cronico duraturo classificato tra le malattie mentali più debilitanti (Mueser e McGurk, 2004; Tandon, Keshavan, e Nasrallah, 2008). Anche se è stato vigorosamente studiata nel corso dell'ultimo secolo, l'eziologia e fisiopatologia della schizofrenia rimane in gran parte sconosciute e attualmente i trattamenti disponibili, in forma di antipsicotici, sono fondamentalmente insoddisfacente (Insel, 2010; Tandon et al., 2008). La schizofrenia è caratterizzata da tre grandi tipi di sintomi: sintomi positivi, i sintomi negativi e deficit cognitivi. Mentre i farmaci attualmente disponibili per il trattamento di questo disturbo sono efficaci per i sintomi positivi, sintomi negativi (compresi i deficit sociali) e deficit cognitivi rimangono principalmente incurabile. (Keefe et al, 2007;.. Neill et al, 2010). Sintomi negativi e cognitivi sono più pervasivi, fluttuano meno nel tempo dei sintomi psicotici e sono fortemente associati con scarso funzionamento psicosociale nella vita comunitaria e di lavoro (Kasper & Resinger, 2003; Mueser & McGurk, 2004; Tandon, Nasrallah, e Keshavan, 2009) . Anche se ci sono stati rapidi progressi nello sviluppo di tecnologie non invasive per studiare la struttura del cervello umano e il suo funzionamento negli ultimi due decenni, ci sono ancora limitazioni sostanziali nella nostra capacità di indagare i dettagli della fisiologia e della biologia molecolare del cervello umano (Nestler & Hyman, 2010a). A tal fine, è indispensabile avere modelli animali accuratamente convalidati per proseguire i progressi nella nostra comprensione della fisiopatologia e nello sviluppo e lo screening di nuovi agenti terapeutici al fine di migliorare il recupero funzionale dei pazienti (Davis et al, 2013;. Neill et al ., 2010). Neuropeptidi hanno un ruolo importante nella segnalazione intracerebrale e potrebbe avere il potenziale per essere utilizzati come agenti terapeutici in molte malattie psichiatriche e neurologiche (Bedse, Di Domenico, Serviddio, e Cassano, 2015; Erbas, Cinar, Solmaz, Cavusoglu, e Ates, 2015 , Nishimura, Murayama, e Takahashi, 2015;. Reglodi et al, 2015, 2015). Purtroppo, di solito non possono essere somministrati per via sistemica a causa della idrofilia elevata e peso molecolare che impediscono loro di superamento del la barriera ematoencefalica. La via di somministrazione intranasale potrebbe essere un modo promettente e non invasivo di somministrazione di neuropeptidi: questa via di somministrazione permette molecole altamente idrofile e ad alto peso molecolare per bypassare la barriera emato-encefalica, consentendo loro di raggiungere il cervello in modo non invasivo. In questo modo è stato dimostrato in negli esseri umani che permette la consegna delle concentrazioni biologicamente efficaci di molti peptidi al cervello, senza suscitare in modo significativo eventuali effetti collaterali ormonali sistemici (Born et al., 2002); Questa via di somministrazione è stata testata anche in topi e ratti (Nato et al., 2002; Neumann, Maloumby, Beiderbeck, Lukas, e Landgraf, 2013) e, recentemente, è stato utilizzato con successo in particolare nel contesto degli studi comportamentali nei topi ( Huang et al., 2014). Lo scopo dello studio descritto in questa tesi è di indagare, attraverso l'uso di modelli animali clinicamente rilevanti per la schizofrenia, la farmacogenetica degli effetti comportamentali della somministrazione intranasale di due neuropeptidi differenti: - Ossitocina (OXT), un peptide neuroipofisario suggerito avere effetti benefici in comportamenti sociali (Meyer-Lindenberg, Domes, Kirsch, e Heinrichs, 2011; Striepens, Kendrick, Maier, e Hürlemann, 2011) e attualmente in studi clinici per i disturbi mentali caratterizzata da alterazioni comportamentali sociali come l'autismo (Anagnostou et al, 2012;.. Guastella et al, 2010) e la schizofrenia (Feifel et al., 2010). - (. Sutton et al, 1995) CRF (6-33), un peptide sintetico progettato per essere un antagonista competitivo efficace per il legame tra il neuropeptide CRF endogena e la sua proteina legante (CRFbp) ha suggerito in studi preclinici ICV ad essere un efficace agente pro cognitivo con potenziali applicazioni terapeutiche (Stephen C. Heinrichs e Giaffa, 2001; Stephen C. Heinrichs, 2003; Koob & Bloom, 1985) In un precedente lavoro del nostro laboratorio (Huang et al., 2014), abbiamo già implementato, per la prima volta, l'uso di ossitocina intranasale in C57BL / 6J, controllando effetti comportamentali diversi. Così, ora abbiamo testato gli effetti di OXT intransale nel modello di topo dysbindin-1 knockout rilevante per schizofrenia. Variazioni genetiche del dysbindin-1 gene (DTNBP 1) è stato associato con la suscettibilità alla schizofrenia (O'Tuathaigh et al, 2007;. Ross, Margolis, lettura, Pletnikov, & Coyle, 2006;. Straub et al, 2002) e gravità dei sintomi negativi e disfunzioni cognitive nei pazienti schizofrenici (Burdick et al, 2007;. DeRosse et al, 2006;.. Fanous et al., 2005; Straub et al, 2002). Successivamente, utilizzando un modello di topo knockout mutante Dys, abbiamo dimostrato che sia i topi knockout eterozigoti e omozigoti manifestano una riduzione nell'interazione sociale rispetto ai topi di wild type. Deficit sociali simili a Dys topi mutanti sono stati segnalati da altri gruppi (Feng et al, 2008;. Hattori et al., 2008). È interessante notare che entrambi i trattamenti intranasale OXT, cronici e acuti, sono stati in grado di migliorare i deficit sociali osservati nei topi knockout Dys. Questi dati suggeriscono che intranasale di ossitocina potrebbe essere utile ai soggetti con modificazioni genetiche rilevanti per la schizofrenia, mentre la somministrazione a soggetti sani non ha significativo effetto comportamentale o alla fine può essere dannoso (Huang et al., 2014). Questo apre nuove vie di esplorazione in relazione agli effetti benefici del trattamento OXT e la sua utilità in ambito clinico. I dati (di cui sopra) correlano bene con i dati molecolari disponibili. È un dato di fatto, recettori OXT sono inibiti in soggetti WT che sono cronicamente IN -OXT trattati, e persino topi mutanti, anche se trattata con lo stesso protocollo terapeutico, mostrano che i recettori non sono soggetti a variazioni, rispetto ai soggetti di controllo trattati con solo la sostanza veicolo. Infatti, dopo essere stati trattati cronicamente, WT topi hanno mostrato una diminuzione del comportamento sociale, mentre i topi mutanti (nel quadro di un trattamento OXT equivalente) hanno mostrato un aumento dei comportamenti sociali. Per il CRF (6-33) parte, al fine di impostare le basi per futuri studi con i topi geneticamente modificati, modelli murini legati alla malattia e facilitare il confronto tra laboratori, in primo luogo abbiamo testato gli effetti di entrambi i trattamenti intranasale CRF cronici e acuti in C57BL / 6J. Considerato che OXT non ha mostrato un significativo miglioramento delle prestazioni cognitive, abbiamo scelto di indirizzare queste funzioni con un peptide diverso che in precedenti studi intracerebroventricolare aveva dimostrato di migliorare le funzioni cognitive (Behan et al, 1995;.. Eckart et al, 1999; SC Heinrichs et al, 1997;. Stephen C Heinrichs & Koob, 2004; Stephen C. Heinrichs e Giaffa, 2001; Stephen C. Heinrichs, 2003; Koob & Bloom, 1985; Lee, Lee, Wang, e Lin, 1993; Lee & Sung , 1989; Thompson, Erickson, Schulkin, e Rosen, 2004) aveva dimostrato di migliorare le funzioni cognitive. Per asini funzioni cognitive abbiamo utilizzato una versione modificata del 5 choice serial reaction time task (5-csrtt), un test per roditori progettato come analogo del Continuous Performance Test (cpt) utilizzato per testare quantitativamente il controllo dell'attenzione negli esseri umani (Amitai & Markou , 2011). Le modifiche sono destinate a ridurre il tempo necessario per addestrare gli animali, ridurre manipolazioni stressanti come restrizione alimentare o allevamento isolato. Inoltre, diverse nuove manipolazioni sono state implementate per studiare varie specifiche funzioni cognitive quali l'attenzione, broad monitoring / compulsività, risposta disinibizione / impulsività, distraibilità e velocità di elaborazione. Siamo stati in grado di dimostrare che la somministrazione intranasale di CRF (6-33) in grado di produrre effetti comportamentali selettivi nei topi. In particolare, la somministrazione acuta è stata in grado di migliorare la precisione delle risposte e ridurre l'impulsività, mentre le amministrazioni croniche hanno prodotto un ritardo nelle risposte corrette. Gli studi di espressione genica con real time PCR stanno iniziando a suggerire che il CRF (6-33) è in grado di raggiungere il cervello, poiché l’espressione di molecole come CRFR1 e CRFbp sono state modificate in seguito intranasale CRF (6-33) in diverse e specifiche aree cerebrali (cioè Hippocampus e corteccia prefrontale). Test dose-risposta successivi hanno confermato la possibilità di evocare effetti comportamentali con una dose molto più bassa di CRF (6-33). Inoltre, abbiamo scoperto un effetto di rimbalzo nel comportamento impulsivo il giorno dopo la somministrazione di dosi più elevate .. Questo effetto negativo è stato assente con le dosi più basse che ancora sono in grado di ridurre in modo significativo il comportamento impulsivo. Infine abbiamo testato la capacità di CRF (6-33) di migliorare un fenotipo impulsivo in un modello genetico del topo modificato della schizofrenia. Il modello scelto è stato un doppio mutante per Dysbindin e per la D2 recettore. Il recettore D2 che aveva dimostrato in prova precedente per avere una maggiore comportamento impulsivo. Il gene recettore D2 della dopamina (D2) è un altro importante gene rischi identificati per la schizofrenia. Varianti genetiche funzionali nel gene D2 sono stati trovati per essere espressi in modo diverso nei pazienti con schizofrenia (Kaalund et al., 2013) e possono modulare fenotipi correlato alla schizofrenia modificando il rapporto tra la breve isoforma (D2S) alla lunga isoforma (D2L ) (Bertolino et al., 2009). Mutante Heterozigote per D2L ha una maggiore rapporto D2S (recettore D2 forma breve) / D2L (recettore forma estesa D2). Dai dati preliminari CRF (6-33) non è stato in grado di incidere in modo significativo il comportamento impulsivo in Dys doppi eterozigoti +/- D2L +/-. È interessante notare che, in Dys singoli eterozigote +/- è stata osservata una tendenza di aumento impulsività il CRF (6-33) del gruppo suggerisce una interazione dannoso con Dys genotipo carente. Da questi studi si può concludere che sia OXT di CRF (6-33) hanno il potenziale per essere utilizzato per il trattamento, rispettivamente, di deficit sociali e impulsività. Per OXT finora abbiamo osservato una interazione positiva con il genotipo deficitario per Dys, che ha bisogno di essere confermata in altri modelli murini di schizofrenia rilevanti di deficit sociali. CRF (6-33) finora ha dimostrato solo per migliorare le prestazioni sociali in topi WT. Lo studio preliminare sul mouse mutato, se confermato, sembra suggerire che potrebbe peggiorare il fenotipo in presenza di alcune mutazioni genetiche. E’ importante quindi definire meccanismi di interazione di CRF (6-33) con la genetica per definire quando potrebbe essere utilizzato positivamente per la terapia e quando non dovrebbe in una visione di un regime terapeutico per la schizofrenia personalizzato e direzionato da test genetici.