Nuova modalità di chiusura difettosa del tubo neurale nei pazienti non sani

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 16917 (2015) Citare questo articolo

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La mancata chiusura del tubo neurale provoca difetti alla nascita, con gravità che varia dalla spina bifida all'anencefalia letale. Negli esseri umani sono noti pochi fattori di rischio genetici per i difetti del tubo neurale, evidenziando il ruolo critico dei fattori di rischio ambientali, come il diabete materno. Tuttavia, non è ben compreso come il metabolismo materno alterato interferisca con lo sviluppo embrionale e in particolare con la neurulazione. Presentiamo prove da due modelli murini indipendenti di gravidanza diabetica che identificano la ridotta migrazione delle cellule mesodermiche nascenti nella striscia primitiva come base morfogenetica alla base della patogenesi dei difetti del tubo neurale. Concludiamo che la gastrulazione perturbata non solo spiega i difetti di neurulazione, ma fornisce anche un'eziologia unificante per l'ampio spettro di malformazioni congenite nelle gravidanze diabetiche.

La mancata chiusura del tubo neurale provoca difetti congeniti1,2, con gravità che varia dalla spina bifida occulta asintomatica e casi di spina bifida correggibili chirurgicamente fino a condizioni letali come l'exencefalia e l'anencefalia. Nel topo sono stati identificati circa 400 geni le cui mutazioni causano o contribuiscono a difetti di neurulazione3,4. Al contrario, sono conosciuti relativamente pochi fattori di rischio genetici negli esseri umani5, evidenziando il ruolo critico dei fattori di rischio ambientali, come la carenza di acido folico6 o il diabete materno7,8,9,10. Tuttavia, nonostante il miglioramento dell’apporto di acido folico nella dieta e il migliore controllo glicemico, l’incidenza dei difetti del tubo neurale (NTD) è stata ridotta solo parzialmente11,12. Il rischio esistente di difetti del tubo neurale richiede una migliore comprensione di come i fattori ambientali interferiscono con lo sviluppo embrionale in generale e con la neurulazione in particolare.

Il ceppo di topi diabetici non obesi (NOD), che è incline a sviluppare spontaneamente il diabete autoimmune, è un modello consolidato per il diabete umano di tipo I13,14. Gli embrioni di gravidanze diabetiche NOD sono affetti da un tasso molto elevato di difetti del tubo neurale15 (NTD) e difetti cardiaci16,17, un altro segno distintivo della teratogenicità del diabete. Riportiamo qui che l'integrazione periconcezionale con acido folinico nelle madri diabetiche NOD ha ridotto l'incidenza di NTD dal 40,2% al 21% (p = 0,006, Figura 1 supplementare). Pertanto, parallelamente alle gravidanze umane, i DTN in questo modello sono parzialmente sensibili ai folati.

Inaspettatamente, abbiamo scoperto che negli embrioni provenienti da dighe NOD iperglicemiche, la placca neurale mostrava tessuto ectopico sporgente in varie posizioni lungo l'asse antero-posteriore (Fig. 1a-f). Le protrusioni erano strettamente limitate alle gravidanze diabetiche e si verificavano nel 25,3% degli embrioni a 8,5 giorni di gestazione (E8.5). Per verificare se le protrusioni fossero peculiari del ceppo NOD, abbiamo indotto l'iperglicemia nelle femmine del ceppo FVB con streptozotocina18, determinando un'incidenza di NTD del 21,6%19. A E8.5, il 12,9% degli embrioni FVB esposti all'iperglicemia mostrava sporgenze (Fig. 1g, h). L'aspetto generale, la posizione lungo l'asse antero-posteriore e l'organizzazione interna (Fig. 1k) delle sporgenze erano sorprendentemente simili al fenotipo degli embrioni NOD esposti. Pertanto, queste malformazioni non sono una peculiarità del background genetico del ceppo NOD, ma derivano dalla grave iperglicemia materna (Tabella supplementare 1) comune a entrambi i modelli sperimentali.

Fenotipo della protrusione della placca neurale negli embrioni di gravidanze diabetiche.

da (a) a (d), embrioni di gravidanze diabetiche del ceppo NOD con sporgenze (triangoli), generalmente in posizioni caudali. (e), embrione NOD con una sporgenza a livello del rombencefalo, rostrale alla chiusura anteriore del tubo neurale; vista laterale; inserto: vista della superficie dorsale dell'embrione. (f), embrione NOD con due sporgenze: una piccola nella regione del medio/proencefalo e una più grande nell'area del tronco. Inserisci: sezioni virtuali attraverso aree della placca neurale non interessate (in alto) e interessate (in basso). Rispetto alla regione non interessata, l'area interessata da una protrusione mostra un'organizzazione complessivamente normale, ad eccezione di un rigonfiamento sulla linea mediana. Questo rigonfiamento ha uno strato esterno simile e contiguo al neuroepitelio e un nucleo in cui i nuclei cellulari sono sparsi. (g, h), gli embrioni di gravidanze diabetiche del ceppo FVB mostrano sporgenze simili a quelle osservate nel ceppo NOD. L'embrione nel pannello g presenta due malformazioni di questo tipo: una piccola all'estremità caudale del prospettico rombencefalo e una più grande nella regione del tronco caudale. (i-k), immagini derivate dalla ricostruzione tridimensionale di dati di imaging confocale di embrioni interi colorati con DAPI. (i), Stesso embrione del pannello e, mostrato con una superficie (viola) calcolata dai dati di volume. La sporgenza a livello del rombencefalo è chiaramente distinguibile. (j), Due aspetti di un piano di sezione parasagittale virtuale nella presentazione a "libro aperto". La sporgenza è contigua al neuroepitelio, con il nucleo che mostra una densità inferiore di nuclei cellulari colorati con DAPI, che ricorda il carattere mesenchimale. (k), presentazione "a libro aperto" dell'embrione FVB mostrato nel pannello h. L'aspetto morfologico delle protuberanze è simile negli embrioni NOD e FVB esposti al diabete.