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Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca
Dipartimento per l'Università, l'Alta Formazione Artistica, Musicale e Coreutica e per la Ricerca
Direzione Generale per il Coordinamento e lo Sviluppo della Ricerca
PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE
RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (D.M. 1152/ric del 27/12/2011)
PROGRAMMA DI RICERCA - MODELLO A
Anno 2010-2011 - prot. 2010N8PBAA
1 - Titolo del Progetto di Ricerca
Testo italiano
Fisiologia e fisiopatologia di BDNF: verso lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per alcune delle principali malattie
neuro-psichiatriche
Testo inglese
Physiology and physiopathology of BDNF: towards the development of new thrapeutic strategies for major neuro-psychiatric
diseases
2 - Area Scientifico-disciplinare
05: Scienze biologiche 100%
3 - Settori scientifico-disciplinari interessati dal Progetto di Ricerca
BIO/14 - Farmacologia
BIO/09 - Fisiologia
BIO/13 - Biologia applicata
3 bis Settori di ricerca ERC (European Research Council) interessati dal Progetto di Ricerca
LS Life Sciences
LS5 Neurosciences and neural disorders: neurobiology, neuroanatomy, neurophysiology, neurochemistry, neuropharmacology, neuroimaging, systems
neuroscience, neurological disorders, psychiatry
LS5_2 Molecular and cellular neuroscience
LS5_11 Neurological disorders (e.g. Alzheimer's disease, Huntington's disease, Parkinson's disease)
4 - Parole chiave
Testo italiano
BDNF
MALATTIE NEUROLOGICHE
MALATTIE PSICHIATRICHE
Testo inglese
BDNF
NEUROLOGICAL DISORDERS
PSYCHIATRIC DISORDERS
5 - Coordinatore Scientifico
SIMONATO
(Cognome)
MICHELE
(Nome)
Professore Associato confermato
(Qualifica)
09/08/1958
(Data di nascita)
Università degli Studi di FERRARA
(Università)
Facoltà di MEDICINA e CHIRURGIA
(Facoltà)
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
SMNMHL58M09L157V
(Codice fiscale)
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Dipartimento di MEDICINA CLINICA E SPERIMENTALE
(Dipartimento)
0532-455211
(telefono)
0532-455205
(fax)
[email protected]
(E-mail)
6 - Curriculum scientifico
Testo italiano
MICHELE SIMONATO
Università di Ferrara - Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale - Sezione di Farmacologia
Arcispedale Sant'Anna - Servizio di Farmacologia Clinica
Ferrara
DATI PERSONALI
- Stato civile: coniugato (con Monica Ghirotti); una figlia (Martina)
- Data di nascita: 9 agosto 1958
- Luogo di nascita: Thiene (Vicenza)
- Residenza: via Tito Speri 5, 44100 Ferrara
ISTRUZIONE
- Diploma di Maturità Classica, luglio 1977, Liceo Ginnasio Statale "L. Ariosto", Ferrara. Votazione finale: 60/60.
- First Certificate in English, dicembre 1980, University of Cambridge, Cambridge, Gran Bretagna.
- Laurea in Medicina e Chirurgia, 20 luglio 1983, Università degli Studi di Ferrara, Ferrara. Votazione finale: 110/110 e lode.
- Specializzazione in Tossicologia Medica, 12 dicembre 1986, Università degli Studi di Firenze, Firenze. Votazione finale: 70/70 e lode.
ESPERIENZA PROFESSIONALE
- Postdoctoral Research Fellow. Department of Pharmacology, University of Alabama at Birmingham, Birmingham, AL, USA (1986-87).
- Research Associate. Department of Medicine, Duke University, Durham, NC, USA (1988-89).
- Fulbright Scholar. Duke University Medical Center, Department of Medicine, Durham, NC, USA (1989).
- Consultant. Department of Medicine, Duke Center for the Advanced Study of Epilepsy, Duke University, Durham, NC, USA (1990-93).
- Ricercatore Universitario. Istituto di Farmacologia, Università di Ferrara, Ferrara (1985-2001).
- Ricercatore Universitario. Istituto di Farmacologia, Università di Ferrara, Ferrara (dall'1 novembre 1985 al 31 agosto 2001).
- Dirigente Medico. Servizio di Farmacologia Clinica, Arcispedale Sant'Anna, Ferrara (dall'1 luglio 1994 ad oggi).
- Professore Associato. Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale, Sezione di Farmacologia, Università di Ferrara, Ferrara (dall'1 settembre 2001 ad oggi).
- Direttore. Centro di Neuroscienze, Università di Ferrara, Ferrara (dal 16 ottobre 2001 al 15 ottobre 2004 e dal 23 ottobre 2008 ad oggi).
- Vice-presidente. Istituto Nazionale di Neuroscienze (dal 14 maggio 2008 ad oggi).
- Chair. Fask Force dell'International League Against Epilepsy (ILAE) su "Recommendations for Preclinical Epilepsy Drug Discovery”.
ATTIVITA' SCIENTIFICA
- Autore di 83 articoli su riviste internazionali peer-review, censite dall'ISI.
- Autore di 6 capitoli di libri internazionali.
- Autore di 10 capitoli di libri di testo.
- Referee per 30 riviste scientifiche internazionali ed Editor di una.
- Membro di 7 Società Scientifiche nazionali e internazionali.
Testo inglese
MICHELE SIMONATO
University of Ferrara - Department of Clinical and Experimental Medicine - Section of Pharmacology
Sant'Anna Hospital - Clinical Pharmacology Unit
Ferrara, Italy
PERSONAL DATA
- Married (con Monica Ghirotti); one daughter (Martina)
- Birth date: August 9, 1958
- Birth place: Thiene (Vicenza, Italy)
- Home address: via Tito Speri 5, 44100 Ferrara
EDUCATION
- Diploma di Maturità Classica (Classical High School Degree), July 1977, Liceo Ginnasio Statale "L. Ariosto", Ferrara. Final score: 60/60.
- First Certificate in English, December 1980, University of Cambridge, Cambridge, Great Britain.
- M.D., July 1983, University of Ferrara, Ferrara, Italy. Final score: 110/110, cum laude.
- Medical Toxicology Specialization, December 1986, University of Firenze, Florence, Italy. Final score: 70/70, cum laude.
PROFESSIONAL BACKGROUND
- Postdoctoral Research Fellow. Department of Pharmacology, University of Alabama at Birmingham, Birmingham, AL, USA (1986-87).
- Research Associate. Department of Medicine, Duke University, Durham, NC, USA (1988-89).
- Fulbright Scholar. Duke University Medical Center, Department of Medicine, Durham, NC, USA (1989).
- Consultant. Department of Medicine, Duke Center for the Advanced Study of Epilepsy, Duke University, Durham, NC, USA (1990-93).
- Ricercatore Universitario. Institute of Pharmacology, University of Ferrara, Ferrara (1985-2001).
- Ricercatore Universitario (Researcher and Assistant Professor). Institute of Pharmacology, University of Ferrara, Ferrara (1985-2001).
- Dirigente Medico (Medical staff). Clinical Pharmacology Unit, Sant'Anna Hospital, Ferrara (1994-present).
- Associate Professor. Department of Clinical and Experimental Medicine - Section of Pharmacology, University of Ferrara, Ferrara (2001-present).
- Director. Neuroscience Center, University of Ferrara, Ferrara (2001-04 and 2008-present).
- Vice-president. National Institute of Neuroscience (2008-present).
- Chair. Fask Force of the International League Against Epilepsy (ILAE) on "Recommendations for Preclinical Epilepsy Drug Discovery”.
SCIENTIFIC ACTIVITY
- Author of 83 papers in international, peer-reviewed journals.
- Author of 6 chapters in international books.
- Author of 10 chapters in teaching books.
- Referee for 30 international journals and Editor for 1.
- Member of 7 national and international Scientific Societies.
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
7 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Coordinatore Scientifico
1. Paradiso B., Zucchini S., Su T., Bovolenta R., Berto E., Marconi P., Marzola A., Navarro Mora G., Fabene P.F., SIMONATO M. (2011). Localized
overexpression of FGF-2 and BDNF in hippocampus reduces mossy fiber sprouting and spontaneous seizures up to four weeks after pilocarpine-induced status
epilepticus. EPILEPSIA, vol. 52; p. 572-578, ISSN: 0013-9580
2. Su T, Paradiso B, Long YS, Liao WP, SIMONATO M. (2011). Evaluation of cell damage in organotypic hippocampal slice culture from adult mouse: a
potential model system to study neuroprotection. BRAIN RESEARCH, vol. 1385; p. 68-76, ISSN: 0006-8993
3. MAZZUFERI M., PALMA E., MARTINELLO K., MAIOLINO F., ROSETI C., FUCILE S., FABENE P.F., SCHIO F., PELLITTERI M., SPERK G., MILEDI
R., EUSEBI F., SIMONATO M. (2010). Enhancement of GABAA-current run-down in the hippocampus occurs at the time of the first spontaneous seizure in a
model of temporal lobe epilepsy. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, vol. 107; p.
3180-3185, ISSN: 0027-8424
4. R. Bovolenta, S. Zucchini, B. Paradiso, D. Rodi, F. Merigo, G. Navarro Mora, F. Osculati, E. Berto, P. Marconi, A. Marzola, P.F. Fabene, SIMONATO M.
(2010). Hippocampal FGF-2 and BDNF overexpression attenuates epileptogenesis-associated neuroinflammation and reduces spontaneous recurrent seizures.
. JOURNAL OF NEUROINFLAMMATION, vol. 7; p. ...-..., ISSN: 1742-2094, doi: 10.1186/1742-2094-7-81
5. SIMONATO M., S. ZUCCHINI (2010). Are the neurotrophic factors a suitable therapeutic target for the prevention of epileptogenesis?. EPILEPSIA, vol. 51; p.
48-51, ISSN: 0013-9580
6. B. Paradiso, P. Marconi, S. Zucchini, E. Berto, A. Binaschi, A. Bozac, A. Buzzi, M. Mazzuferi, E. Magri, G. Navarro Mora, D. Rodi, T. Su, I. Volpi, L. Zanetti,
A. Marzola, R. Manservigi, P.F. Fabene, SIMONATO M. (2009). Localized delivery of FGF-2 and BDNF reduces spontaneous seizures in an epilepsy model
. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, vol. 106; p. 7191-7196, ISSN: 0027-8424
7. CHIARUTTINI C, SONEGO M, BAJ G, SIMONATO M., TONGIORGI E (2008). BDNF mRNA splice variants display activity-dependent
targeting to distinct hippocampal laminae. MOLECULAR AND CELLULAR NEUROSCIENCES, vol. 37; p. 11-19, ISSN: 1044-7431
8. ROSETI C., MARTINELLO K., FUCILE S., PICCARI V., MASCIA A., DI GENNARO G., QUARATO P.P., MANFREDI M., ESPOSITO V., CANTORE
G., ARCELLA A., SIMONATO M., FREDHOLM B.B., LIMATOLA C., MILEDI R., EUSEBI F. (2008). Adenosine receptor antagonists alter the stability of
human epileptic GABAA receptors. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, vol.
105; p. 15118-15123, ISSN: 0027-8424
9. S.Zucchini, A. Buzzi, M. Barbieri, D. Rodi, B. Paradiso, A. Binaschi, J.D. Coffin, A. Marzola, P. Cifelli, O. Belluzzi, SIMONATO M. (2008). FGF-2
Overexpression Increases Excitability and Seizure Susceptibility but Decreases Seizure-Induced Cell Loss. THE JOURNAL OF NEUROSCIENCE, vol. 28; p.
13112-13124, ISSN: 0270-6474
10. E. PALMA, C. ROSETI, F. MAIOLINO, S. FUCILE, K. MARTINELLO, M. MAZZUFERI, E. ARONICA, M. MANFREDI, V. ESPOSITO, G. CANTORE,
R. MILEDI, SIMONATO M., F. EUSEBI (2007). GABAA-Current Run-down of Temporal Lobe Epilepsy is Associated with Repetitive Activation of GABAA
"Phasic" Receptors. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, vol. 104; p.
20944-20948, ISSN: 0027-8424
11. FRANCESCHETTI S, SANCINI G, BUZZI A, ZUCCHINI S, PARADISO B, MAGNAGHI G, FRASSONI C, CHIKHLADZE M, AVANZINI G,
SIMONATO M. (2007). A pathogenetic hypothesis of Unverricht-Lundborg disease onset and progression. NEUROBIOLOGY OF DISEASE, vol. 25; p.
675-685, ISSN: 0969-9961
12. SIMONATO M., TONGIORGI E, KOKAIA M (2006). Angels and demons: neurotrophic factors and epilepsy. TRENDS IN PHARMACOLOGICAL
SCIENCES, vol. 27; p. 631-638, ISSN: 0165-6147
13. TONGIORGI E, DOMENICI L, SIMONATO M. (2006). What is the biological significance of BDNF mRNA targeting in the dendrites? Clues from epilepsy
and cortical development. MOLECULAR NEUROBIOLOGY, vol. 33; p. 17-32, ISSN: 0893-7648
14. DUMONT Y, GAUDREAU P, MAZZUFERI M., LANGLOIS D, CHABOT JG, FOURNIER A, SIMONATO M., QUIRION R (2005). BODIPY
(R)-conjugated neuropeptide Y ligands: new fluorescent tools to tag Y1, Y2, Y4 and Y5 receptor subtypes. BRITISH JOURNAL OF PHARMACOLOGY, vol.
146; p. 1069-1081, ISSN: 0007-1188
15. MARCONI P, ZUCCHINI S, BERTO E, BOZAC A, PARADISO B, BREGOLA G, GRASSI C, VOLPI I, ARGNANI R, MARZOLA A, MANSERVIGI R.,
SIMONATO M. (2005). Effects of defective herpes simplex vectors expressing neurotrophic factors on the proliferation and differentiation of nervous cells in
vivo. GENE THERAPY, vol. 12; p. 559-569, ISSN: 0969-7128
16. MARTI M, MELA F, FANTIN M, ZUCCHINI S, BROWN JM, WITTA J, DI BENEDETTO M, BUZAS B, REINSCHEID RK, SALVADORI S., GUERRINI
R, ROMUALDI P, CANDELETTI S, SIMONATO M., COX BM, MORARI M (2005). Blockade of nociceptin/orphanin FQ transmission attenuates symptoms
and neurodegeneration associated with Parkinson's disease. THE JOURNAL OF NEUROSCIENCE, vol. 25; p. 9591-9601, ISSN: 0270-6474
17. MAZZUFERI M, BINASCHI A., RODI D, MANTOVANI S, SIMONATO M. (2005). Induction of B-1 bradykinin receptors in the kindled hippocampus
increases extracellular glutamate levels: A microdialysis study. NEUROSCIENCE, vol. 135; p. 979-986, ISSN: 0306-4522
18. RODI D., COUTURE R, ONGALI B, SIMONATO M. (2005). Targeting kinin receptors for the treatment of neurological diseases. CURRENT
PHARMACEUTICAL DESIGN, vol. 11; p. 1313-1326, ISSN: 1381-6128
19. ZUCCHINI S, BARBIERI M, SIMONATO M. (2005). Alterations in seizure susceptibility and in seizure-induced plasticity following pharmacological and
genetic manipulation of the Fibroblast Growth Factor-2 system. EPILEPSIA, vol. 46 (S5); p. 52-58, ISSN: 0013-9580
20. APARICIO LC, CANDELETTI S, BINASCHI A., MAZZUFERI M, MANTOVANI S, DI BENEDETTO M, LANDUZZI D, LOPETUSO G, ROMUALDI P,
SIMONATO M. (2004). Kainate seizures increase nociceptin/orphanin FQ release in the rat hippocampus and thalamus: a microdialysis study. JOURNAL OF
NEUROCHEMISTRY, vol. 91; p. 30-37, ISSN: 0022-3042
21. TONGIORGI E., ARMELLIN M., GIULIANINI P.G., BREGOLA G., ZUCCHINI S., PARADISO B., STEWARD O., CATTANEO A., SIMONATO M.
(2004). Brain-derived neurotrophic factor mRNA and protein are targeted to discrete dendritic laminas by events that trigger epileptogenesis. THE JOURNAL
OF NEUROSCIENCE, vol. 24; p. 6842-6852, ISSN: 0270-6474, doi: 10.1523/JNEUROSCI.5471-03.2004
22. BARBIERI M, BREGOLA G, BUZZI A., MARINO S, ZUCCHINI S, STABLES JP, BERGAMASCHI M, PIETRA C, VILLETTI G, SIMONATO M. (2003).
Mechanisms of action of CHF3381 in the forebrain. BRITISH JOURNAL OF PHARMACOLOGY, vol. 139; p. 1333-1341, ISSN: 0007-1188
23. BINASCHI A., BREGOLA G, SIMONATO M. (2003). On the role of somatostatin in seizure control: Clues from the hippocampus. REVIEWS IN THE
NEUROSCIENCES, vol. 14; p. 285-301, ISSN: 0334-1763
24. ONGALI B, CAMPOS MM, BREGOLA G, RODI D., REGOLI D, THIBAULT G, SIMONATO M., COUTURE R (2003). Autoradiographic analysis of rat
brain kinin B-1 and B-2 receptors: Normal distribution and alterations induced by epilepsy. JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY, vol. 461; p.
506-519, ISSN: 0021-9967
25. BREGOLA G, ZUCCHINI S, RODI D, BINASCHI A., D'ADDARIO C, LANDUZZI D, REINSCHEID R, CANDELETTI S, ROMUALDI P, SIMONATO M.
(2002). Involvement of the neuropeptide nociceptin/orphanin FQ in kainate seizures. THE JOURNAL OF NEUROSCIENCE, vol. 22; p. 10030-10038, ISSN:
0270-6474
26. VILLETTI G., BREGOLA G., BASSANI F., BERGAMASCHI M., RONDELLI I., PIETRA C., SIMONATO M. (2001). Preclinical evaluation of CHF3381 as
a novel antiepileptic agent. NEUROPHARMACOLOGY, vol. 40; p. 866-878, ISSN: 0028-3908
27. BREGOLA G, DUMONT Y, FOURNIER A, ZUCCHINI S, QUIRION R, SIMONATO M. (2000). Decreased levels of neuropeptide Y5 receptor binding sites
in two experimental models of epilepsy. NEUROSCIENCE, vol. 98; p. 697-703, ISSN: 0306-4522
28. MARTI M., BREGOLA G., MORARI M., GEMIGNANI A., SIMONATO M. (2000). Somatostatin Release in the Hippocampus in the Kindling Model of
Epilepsy: a Microdialysis Study. JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY, vol. 74; p. 2497-2503, ISSN: 0022-3042
29. SIMONATO M., MANSERVIGI R., MARCONI P, GLORIOSO J (2000). Gene transfer into neurones for the molecular analysis of behaviour: focus on herpes
simplex vectors. TRENDS IN NEUROSCIENCES, vol. 23; p. 183-190, ISSN: 0166-2236
30. MARCONI P, SIMONATO M., ZUCCHINI S, BREGOLA G, ARGNANI R, KRISKY D, GLORIOSO JC, MANSERVIGI R. (1999). Replication-defective
herpes simplex virus vectors for neurotrophic factor gene transfer in vitro and in vivo. GENE THERAPY, vol. 6; p. 904-912, ISSN: 0969-7128
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
8 - Elenco delle Unità operative
Unità
Responsabile
dell'Unità di Ricerca
Qualifica
Ente
Dipart./Istituto
Disponibilità temporale
indicativa prevista
mesi/persona previsti
1
TONGIORGI Enrico
Ricercatore
confermato
Università degli Studi
di TRIESTE
36
2
CANOSSA Marco
Ricercatore
confermato
Università degli Studi
di BOLOGNA
69
3
ONOFRI Franco
Ricercatore
confermato
Università degli Studi
di GENOVA
59
4
CATTANEO Antonino
Professore
Ordinario
Scuola Normale
Superiore di PISA
5
DOMENICI Luciano
Professore
Ordinario
Università degli Studi
de L'AQUILA
55
6
POPOLI Maurizio
Professore
Associato
confermato
Università degli Studi
di MILANO
46.7
7
BOZZI Yuri
Ricercatore
Consiglio Nazionale
delle Ricerche
54
8
SIMONATO Michele
Professore
Associato
confermato
Università degli Studi
di FERRARA
54
Totale
81.6
455.3
9 - Abstract del Progetto di Ricerca
Testo italiano
La neurotrofina BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) esercita molteplici effetti sul sistema nervoso centrale: non solo è in grado di aumentare la sopravvivenza
dei neuroni adulti e di favorire la differenziazione neuronale delle cellule progenitrici neurali, ma è anche implicata in modificazioni plastiche di tipo strutturale (per
esempio nella genesi dei dendriti) e sinaptico (per esempio nel potenziamento delle sinapsi eccitatorie). In ragione di questi effetti, la modulazione del sistema BDNF
è stata proposta come un nuovo approccio terapeutico per molte malattie neurologiche e neuropsichiatriche. Questa strategia, tuttavia, si è rivelata difficile da
realizzare, per almeno due ordini di problemi. In primo luogo, BDNF può esercitare effetti differenti, e talvolta addirittura opposti, in dipendenza da diversi fattori: lo
splicing alternativo del suo mRNA, il processamento della forma pro- verso quella matura, la specifica struttura cellulare su cui agisce, il sottotipo recettoriale (ad alta
o bassa affinità), la via di trasduzione del segnale attivata. Comprendere in dettaglio la biologia di BDNF e trovare il modo per interferire selettivamente con effetti
specifici della neurotrofina sarà essenziale per sviluppare efficaci strategie terapeutiche, prive di effetti collaterali indesiderati (o addirittura paradossali). In secondo
luogo, BDNF è di natura peptidica e dovrebbe essere veicolato specificatamente nell'area cerebrale affetta da una determinata patologia al fine di evitare effetti
indesiderati. Questa considerazione evidenzia il problema del delivery: devono essere sviluppate strategie per veicolare BDNF e far sì che la sua azione terapeutica si
eserciti in modo selettivo nell'area dove è necessaria.
Lo scopo principale di questo progetto è di contribuire alla soluzione di questi problemi, identificando nuove strategie terapeutiche e testando la loro applicazione alle
principali malattie neurologiche. Il progetto coinvolge 8 gruppi di ricerca molto attivi nei settori delle neurotrofine e della trasmissione sinaptica, con un particolare
interesse ai meccanismi molecolari e cellulari dei disordini neurologici, con un track record collaudato ed una storia consolidata di collaborazione scientifica. I diversi
partner si scambieranno reagenti, protocolli sperimentali e know-how, linee cellulari e modelli di topi transgenici.
Le dieci principali linee di ricerca saranno organizzati in work-packages:
1) analisi delle varianti di splicing dell'mRNA di BDNF e loro regolazione farmacologica;
2) meccanismi degli effetti di BDNF sulla maturazione e sull'integrazione funzionale dei neuroni neo-generati nel cervello adulto;
3) ruolo delle sinapsine (SYN, una famiglia di fosfoproteine associate alle vescicole sinaptiche) e di BDNF sulla neurogenesi ippocampale;
4) studi strutturali e funzionali di BDNF e proBDNF e loro interazioni con TrkB, p75NTR e sortilin;
5) manipolazioni transgeniche di BDNF nel pesce short-lived nothobranchius furzeri;
6) effetto terapeutico di BDNF in modelli murini della sindrome di Rett e studio degli effetti di un BDNF mutante, privo della potenziale attività epilettogena;
7) ruolo neuroprotettivo di BDNF nella malattia di Alzheimer;
8) analisi epigenetica di un modello animale di patologie neuropsichiatriche umane che possiedono il polimorfismo val66met;
9) sviluppo del sistema GABAergico in topi privi del fattore di trascrizione Engrailed2 (topi EN2-/-, un modello per i disturbi dello spettro autistico) e ruolo di BDNF
in questo processo;
10) implicazione di BDNF in epilessie focali e sviluppo di strategie di rilascio selettivo della neurotrofina nella zona epilettogena.
La proposta ha un forte razionale scientifico, un solido background sperimentale dei gruppi partecipanti (sia generale che specifico su BDNF) e, infine, utilizza
tecnologie sperimentali “state of the art”. I risultati potranno fornire informazioni utili per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici per il trattamento di disturbi
neurologici e psichiatrici.
Testo inglese
The neurotrophin Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is known to exert multiple effects on the central nervous system: not only it increases survival of adult
neurons and favors neuronal differentiation of neural progenitor cells, but is also implicated in plastic changes at structural (for example, dendritogenesis) and synaptic
level (for example, potentiation of excitatory synapses). Because of these effects, modulation of the BDNF system has been proposed as a novel therapeutic approach
for many neurological diseases. This goal, however, turned out to be difficult to reach, for at least two orders of still unresolved problems. First, BDNF may exert
different, and sometimes even opposite effects, depending on a number of factors: alternative splicing of its mRNA, processing of the pro- into the mature form,
specific cellular domain of action, receptor subtype (high- or low-affinity), signaling pathway activated. Understanding in detail the biology of BDNF and finding
ways to interfere selectively with specific aspects of it will be essential to develop effective therapeutic strategies that are not compromised by unwanted (or even
paradoxical) side effects. Second, BDNF is a peptide in nature and it should be targeted specifically to the brain area affected by a disease to avoid undesired side
effects. This consideration poses the question of delivery: strategies should be developed to deliver the BDNF-acting therapy selectively at the site where it is needed.
Aim of this project is to contribute to the solution of these problems, identifying new therapeutic strategies and applying them to major neurological diseases. This
collaborative proposal brings together 8 research groups, very active in the fields of neurotrophins and of synaptic transmission, with a special interest and focus on
the molecular and cellular mechanisms of neurological disorders, and with a well-proven and consolidated track record of effective collaboration. Partners will
exchange reagents, experimental protocols and know-how, cell lines and transgenic mice models.
Ten main research lines will be pursued, organized in work-packages:
1) analisis and pharmacological regulation of BDNF mRNA splice variants;
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
2) mechanisms implicating BDNF activity in the control of maturation and functional integration of newly generated neurons in the adult brain;
3) role of synapsins (SYNs, a family of phosphoprotein associated with synaptic vesicles) and BDNF on hippocampal neurogenesis, by using SYN knock-out (KO)
mice;
4) structural and functional studies of BDNF and proBDNF and their interactions with TrkB, p75NTR and sortilin;
5) transgenic manipulations of BDNF in the short-lived fish nothobranchius furzeri;
6) BDNF therapeutic effect on murine models of Rett syndrome and study of the effects of BDNF-mutants devoid of potential epileptogenic activity;
7) neuroprotection by BDNF in Alzheimer disease;
8) epigenetic analysis of a gene-environment animal model of neuropsychiatric disorders carrying the human val66met human polymorphism;
9) development of the GABAergic system in mice lacking the homeobox-containing transcription factor Engrailed2 (En2-/- mice, a model for Autism Spectrum
Disorders), and role of BDNF in this process;
10) implication of BDNF in focal epilepsies and development of delivery strategies for its selective delivery in the epileptogenic area.
The proposal has a strong scientific rationale, a solid experimental background from the participating groups (both general and specific in BDNF) and, finally, exploits
state of the art experimental technologies. The results will provide useful information for the development of new therapeutic approaches for the treatment of
neurological and psychiatric disorders.
10 - Obiettivi finali che il Progetto si propone di raggiungere
Testo italiano
L'obiettivo generale di questo progetto è chiarire i meccanismi molecolari e cellulari che sottendono le azioni di BDNF nel cervello, al fine di fornire una base per lo
sviluppo di nuove terapie per le malattie neuro-psichiatriche. Questo obiettivo verrà perseguito attraverso le 10 linee di ricerca descritte sotto, ciascuna condotta da
una Unità di Ricerca (UR) con la collaborazione di altre, come descritto in dettaglio nei modelli B.
1) Analisi e regolazione farmacologica delle varianti di splicing del BDNF (UR1-UniTS, in collaborazione con UR6-UniMI, UR7-CNR, UR8-UniFE).
Analizzeremo il ruolo di diverse varianti di splicing di BDNF in condizioni fisiologiche e patologiche, nelle varie fasi della neurogenesi dei neuroni del giro dentato
(DG) dell'ippocampo. Sfrutteremo il codice spaziale delle varianti di BDNF per la progettazione di strategie farmacologiche volte a stimolare la produzione di BDNF
solo in specifiche regioni dell'ippocampo. A questo fine, andrà chiarito il ruolo delle varianti di BDNF nell'integrazione dei neuroni neonati, il profilo farmacologico
della traduzione delle varianti di BDNF, il profilo farmacologico del traffico dell'mRNA di BDNF. Ci proponiamo anche di determinare l'espressione e la
localizzazione delle isoforme nel cervello di modelli animali di malattie neurologiche.
2) BDNF e controllo della maturazione e dell'integrazione funzionale di neuroni neo-generati nel cervello adulto (UR2-UniBO).
Studieremo i requisiti essenziali per l'integrazione e la sopravvivenza dei neuroni neo-generati. Ci concentreremo sul ruolo di TrkB e p75NTR nella connettività dei
neuroni neo-generati dell'ippocampo e del bulbo olfattivo adulto, e studieremo: 1) ruolo dei recettori di BDNF nella morfogenesi; 2) regolazione epigenetica
dell'espressione di TrkB e p75 durante il differenziamento neuronale; 3) ruolo di TrkB nella generazione e integrazione di nuovi neuroni nel cervello adulto; 4) ruolo
di TrkB nel rendere i neuroni neo-generati sensibili all'attività neuronale dei circuiti pre-esistenti; 5) reclutamento funzionale dei neuroni neo-generati nei circuiti
nervosi.
3) Analisi del ruolo delle sinapsine (SYNs) e di BDNF sulla neurogenesi dell'ippocampo (UR3-UniGE, con UR2-UniBO e UR8-UniFE).
La neurogenesi nell'adulto a livello dell'ippocampo è regolata da vari fattori, come BDNF, SYNs ed epilessia. Le SYNs sono una famiglia di fosfoproteine associate
alle vescicole sinaptiche e le loro mutazioni sono implicate anche nell'epilettogenesi. Gli scopi principali di questa parte del progetto sono l'analisi del ruolo delle
SYNs nella neurogenesi, la caratterizzazione degli effetti delle crisi epilettiche sulla neurogenesi nei topi SYNs KO e l'analisi degli effetti di BDNF sulla neurogenesi
dei topi SYNs KO prima e dopo l'insorgenza delle crisi.
4) Studi strutturali e funzionali di BDNF e proBDNF, e loro interazioni con TrkB, p75 e sortilina (UR4-SNS).
proBDNF e il BDNF maturo saranno caratterizzati dal punto di vista biochimico e biofisico usando tecniche di spettroscopia (Dicroismo Circolare; Spettroscopia al
Sincrotrone NMR) per analizzare la struttura secondaria; analitiche (EI MS; HPLC) per analizzare la struttura terziaria; biochimiche (SEC, PAGE) per studiare lo stato
di oligomerizzazione delle proteine; biofisiche (diffusione dinamica della luce) per studiare lo stato di polidispersione delle proteine.
5) Aumento transgenico dell'espressione di BDNF (UR4-SNS).
N. Furzeri (un pesce a vita breve) può essere usato come modello genetico per studiare il BDNF. Lo scopo qui è di modificare geneticamente N. Furzeri per
sovraesperimere BDNF. Questo modello sarà usato per studiare gli effetti di BDNF sull'invecchiamento.
6) BDNF e sindrome di Rett, RTT (UR4-SNS, con UR8-UniFE).
Il fenotipo RTT può essere migliorato nei topi MeCp2-/Y dalla sovraespressione di BDNF. Tuttavia, la somministrazione diretta di BDNF può avere effetti collaterali
quali crisi epilettiche. Per questo motivo, la UR4-SNS produrrà il mutante R100 di BDNF, sulla base di studi recenti sul mutante R100 dell'NGF, legato alla
neuropatia HSAN V. BDNF sarà somministrato a modelli murini di RTT, i topi MeCP2-/Y e FoxG1+/-, tramite somministrazione intranasale o attraverso la
somministrazione di mesangioblasti (MABs, cellule staminali mesodermiche multipotenti) ingegnerizzati a secernere BDNF. L'espressione di FOXG1 e BDNF sarà
analizzata tramite western blot o ELISA, e sarà valutato l'effetto sul fenotipo Rett.
7) Ruolo neuroprotettivo di BDNF nella malattia di Alzheimer, AD (UR5-UniAQ, con UR1-UniTS, UR6-UniMI, UR4-SNS).
Utilizzeremo vari approcci per aumentare l'espressione endogena di BDNF e/o la sua attività in modelli di AD. In particolare, miriamo a dimostrare che 1) BDNF
controlla la funzione sinaptica nella corteccia entorinale (EC); 2) BDNF previene la disfunzione sinaptica Abeta-dipendente nella EC; 3) trattamenti non invasivi
basati sul BDNF migliorano i deficit cognitivi in modelli di AD. Nei vari modelli sperimentali, studieremo gli effetti di BDNF nell'AD, i suoi meccanismi molecolari,
metodi per somministrare in modo efficace e sicuro BDNF nelle aree bersaglio, nuove molecole con attività simile a BDNF.
8) Analisi epigenetica di un modello animale gene-ambiente per malattie neuropsichiatriche basato sul polimorfismo umano Val66Met di BDNF (UR6-UniMI, con
UR1-UniTS).
Obiettivo principale sarà condurre un'analisi genome-wide di modificazioni epigenetiche differenziali (screening epigenetico mediante ChiP-Seq) in topi transgenici
adulti BDNFMet/Met e BDNFVal/Val. Inoltre, valuteremo le modificazioni epigenetiche indotte nei topi BDNFMet/Met da stress psicosociale cronico, CSC (Slattery
et al., 2011). Principale obiettivo dello studio è l'identificazione di: 1) geni attivati/repressi dalla presenza del polimorfismo umano di BDNF o 2) dal CSC nel contesto
di vulnerabilità genetica del topo BDNFMet/Met; 3) conseguenze morfologiche e funzionali delle modificazioni epigenetiche, che permetteranno di identificare
biomarcatori di patologia e bersagli farmacologici.
9) Ruolo di BDNF nello sviluppo del sistema GABAergico nei topi En2-/-, modello murino di disordini dello spettro autistic, DSA (UR7-CNR, con UR1-UniTS).
L'obiettivo è capire il ruolo di BDNF nella patogenesi dei DSA. 1) Studieremo il ruolo di BDNF nella maturazione degli interneuroni GABAeregici nel cervello dei
topi En2-/-. I nostri studi suggeriscono che i difetti del sistema GABAergico osservati nei topi En2-/- possano essere dovuti ad una alterata sintesi/funzione di BDNF.
2) Studi funzionali saranno condotti per capire se la sovraespressione di BDNF a partire dalle prime fasi di vita postnatale è in grado di recuperare i difetti nei circuiti
GABA ed i comportamenti “autistici” nei topi En2-/-.
10) Coinvolgimento di BDNF nelle epilessie focali e sviluppo di strategie per un delivery selettivo nelle aree epilettogene (UR8-UniFE, con UR1-UniTS, UR2-UniBO
e UR3-SNS).
Al fine di sviluppare una terapia per l'epilessia basata su BDNF, è essenziale 1) capire il coinvolgimento di BDNF nell' epilettogenesi e 2) migliorare le strategie di
delivery. In relazione al primo aspetto, analizzeremo le varianti di splicing, il signaling TrkB e il sito d'azione. In relazione al secondo, esploreremo l'uso di MAB
ingegnerizzati per produrre BDNF iniettati perifericamente (che dovrebbero attraversare la barriera emato-encefalica e raggiungere selettivamente le aree epilettogene
lesionate) e di cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) trapiantate nella zona di lesione da sole o con BDNF.
Testo inglese
The final objective of this project is to clarify the molecular and cellular mechanisms underlining the actions of BDNF in the brain, with the goal to pave the way to
the development of new therapeutic strategies for major neurological disorders. The final objective will be pursued by the following ten research lines, each directed
by one Research Unit (RU) with the collaboration of others, as detailed in the parts B of this proposal.
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
1) Analisis and pharmacological regulation of BDNF mRNA splice variants (RU1-UniTS, in collaboration with RU6-UniMI, RU7-CNR, RU8-UniFE).
We will test the role of different BDNF splice variants under physiological and pathological conditions, in various stages of the neurogenesis of hippocampal neurons
in the dentate gyrus (DG). We also aim at exploiting the BDNF variants' spatial code for the rational design of pharmacological strategies designed to selectively
stimulate the production of BDNF in specific regions of the hippocampus. To pursue this aim, we will clarify the role of BDNF variants in the wiring of newborn DG
neurons; the pharmacological profile of BDNF variants translation; the pharmacological profile of BDNF mRNA trafficking. We will also determine the expression
and localization of BDNF isoforms in the brain of animal models of neurological diseases.
2) Mechanisms implicating BDNF activity in the control of maturation and functional integration of newly generated neurons in the adult brain (RU2-UniBO).
We will investigate the key requirements for a newly generated neuron to integrate and survive. These studies may provide cues to ameliorate functional deficits
caused by neurodegenerative and psychiatric diseases. We will focus on the role of TrkB and p75NTR on newborn neurons connectivity in the adult hippocampus and
olfactory bulb, by investigating 1) the role of BDNF receptors in the acquisition of newborn neurons morphology; 2) epigenetic regulation of TrkB and p75 gene
expression during neuronal differentiation; 3) the role of TrkB signaling on generation and integration of newborn neurons in adults; 4) the role of TrkB in enabling
newborn neurons to sense neuronal activity of the pre-existing network; 5) functional recruitment of newborn neurons into behaviourally relevant circuits.
3) Clarification of the role of SYNs and BDNF on hippocampal neurogenesis, by using SYN knock-out (KO) mice (RU3-UniGE, with RU2-UniBO and RU8-UniFE).
Adult neurogenesis in the hippocampus is regulated by several factors, including BDNF, SYNs and epilepsy. SYNs are a family of phosphoprotein associated with
synaptic vesicles and their mutations have been implicated also in epileptogenesis. The main aims of this part of the project are the analysis of the role of SYNs on the
neurogenesis processes in the adult brain, the characterization of the effects of epileptic seizure on neurogenesis in SYNs KO mice and the analysis of the effects of
BDNF on neurogenesis in SYNs KO mice before and after the outset of the epileptic seizures.
4) Structural and functional studies of BDNF and proBDNF and their interactions with TrkB, p75 and sortilin (RU4-SNS).
proBDNF and BDNF mature will be biochemically and biophysically characterized by means of spectroscopy (Circular Dichroism; Syncrotron spectroscopy; NMR)
to probe secondary structure; analytically (EI MS; HPLC) to have insight on the tertiary structure; biochemically (SEC, PAGE) for the study of the oligomerization
state of the proteins; biophysically (dynamic light scattering), to study the polydispersion state of the proteins.
5) Transgenic manipulations of BDNF in the short-lived fish N. Furzeri (RU4-SNS).
N. Furzeri (a short-lived fish) can be used as a genetic model to manipulate BDNF. The main aim of this part of the project will be the genetic modification of N.
Furzeri to overexpress BDNF. Once obtained the models, the effects of the overexpression of BDNF on life-history traits will be studied.
6) BDNF and Rett Syndrome (RU4-SNS, with RU7-CNR, RU8-UniFE)
It has been reported that the RTT phenotype can be rescued in mice obtained crossing MeCP2-/Y with BDNF overexpressing mice, stating a direct involvement of
BDNF in RTT. However, direct administration of BDNF generates potential side effects such as epilepsy. For this reason we will generate the mutein BDNF R100,
inspired by recent work of our group on NGF HSAN V R100 mutant. BDNF will be administered in two RTT murine models, MeCP2 -/Y and FoxG1+/- by means of
intranasal delivery or by mesoangioblasts (MABs, multipotent mesodermal stem cells) engineered to produce BDNF. The expression of FOXG1 and BDNF will be
evaluated in different brain areas, together with the rescue of the RTT phenotype.
7) Neuroprotection by BDNF in Alzheimer disease (RU5-UniAQ, with RU1-UniTS, RU6- UniMI, RU4-SNS).
We will use different approaches to increase the endogenous expression of BDNF and/or its activity in models of Alzheimer disease (AD). In particular, using a
combined molecular, electrophysiological and behavioral approach we aim at showing that 1) BDNF controls synaptic function in the enthorinal cortex (EC); 2)
BDNF prevents Abeta-dependent synaptic dysfunction in EC; 3) non-invasive BDNF-based treatments rescue cognitive deficits in AD models. We will afford critical
issues on experimental models to study BDNF effects in AD, molecular pathways underlying BDNF effects, methods for achieving effective and safe BDNF delivery
into the target areas, new molecules characterized by BDNF-like activity.
8) Epigenetic analysis of a gene-environment animal model of neuropsychiatric disorders carrying the human val66met human polymorphism (RU6-UniMI, in
collaboration with RU1-UniTS).
Main goal of this RU will be to perform a genome-wide analysis of differential epigenetic changes (ChIP-Seq epigenetic screen) in adult BDNFMet/Met transgenic
mice and BDNFVal/Val mice. Moreover, we will assess epigenetic changes in BDNFMet/Met mice with CSC chronic psychosocial stress (Slattery et al., 2011). Aim
of the study is the identification of: 1) genes activated/repressed by the presence of the human BDNF polymorphism or 2) by CSC in the context of genetic
vulnerability of BDNFMet/Met mice; 3) morphological and functional consequences of epigenetic changes (with RU1-UniTS), allowing to identify possible
biomarkers of human pathology and putative drug targets.
9) Development of the GABAergic system in En2-/- mice, a model for Autism Spectrum Disorders (ASD), and role of BDNF in this process (RU7-CNR, in
collaboration with RU1-UniTS).
We aim to understand the role of BDNF in the pathogenesis of ASD. 1) We will investigate the role of BDNF in the maturation of GABAergic interneurons in the
brain of En2-/- mice. Our studies suggest that the GABAergic system defects observed in En2-/- mice may be due to an altered synthesis/function of BDNF. 2)
Functional studies will be performed to understand whether BDNF overexpression during early postnatal development can restore a normal GABAergic circuitry and
rescue ASD-like behaviours in En2-/- mice.
10) Implication of BDNF in focal epilepsies and development of delivery strategies for its selective delivery in the epileptogenic area (RU8-UniFE, in collaboration
with RU1-UniTS, RU2-UniBO and RU3-SNS).
To develop a BDNF based therapy for epilepsy, it is essential 1) to refine our understanding of the implication of BDNF in epileptogenesis and 2) to improve the
delivery strategies. In the first respect, we will analyze the splice variants, the TrkB signaling pathway, the site of action. In the second, we will explore the use of
peripherally injected MABs engineered to produce BDNF (peripherally administered MABs are expeted to cross the blood-brain barrier and selectively home in the
lesioned, epileptogenic areas) and of induced pluripotent stem cells (iPS) transplanted in the lesion area alone or together with BDNF.
11 - Stato dell'arte
Testo italiano
La neurotrofina BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) esercita molteplici effetti sul sistema nervoso centrale: non solo è in grado di aumentare la sopravvivenza
dei neuroni adulti e di favorire la differenziazione neuronale delle cellule progenitrici neurali, ma è anche implicata in modificazioni plastiche di tipo strutturale (per
esempio nella genesi dei dendriti) e sinaptico (per esempio nel potenziamento delle sinapsi eccitatorie). In ragione di questi effetti, la modulazione del sistema BDNF
è stata proposta come un nuovo approccio terapeutico per molte malattie neurologiche. Questa strategia, tuttavia, si è rivelata difficile da realizzare, per almeno due
ordini di motivi. Primo, BDNF può esercitare effetti differenti, e talvolta addirittura opposti, in dipendenza da diversi fattori: lo splicing alternativo del suo mRNA, il
processamento della forma pro- in quella matura, la specifica struttura cellulare su cui agisce, il sottotipo recettoriale (ad alta o bassa affinità), la via di trasduzione del
segnale. Comprendere in dettaglio la biologia di BDNF e trovare il modo per interferire selettivamente con effetti specifici della neurotrofina sarà essenziale per
sviluppare efficaci strategie terapeutiche, prive di effetti collaterali indesiderati (o addirittura paradossali). Secondo, BDNF è un peptide, e dovrebbe essere veicolato
selettivamente nell'area cerebrale affetta da patologia per evitare effetti indesiderati. È il problema del delivery: devono essere sviluppate strategie per veicolare BDNF
e far sì che la sua azione terapeutica si eserciti in modo selettivo nell'area dove è necessaria.
Lo scopo principale di questo progetto è contribuire alla soluzione di questi problemi, identificando nuove strategie terapeutiche e testando la loro applicazione alle
principali malattie neurologiche. Qui di seguito, forniremo un quadro dello stato dell'arte relativo ai temi principali che saranno toccati.
Varianti di splicing del BDNF.
Il gene del BDNF murino produce 22 trascritti diversi, ciascuno costituito da un esone 5'UTR che, attraverso splicing alternativo, è unito a un esone comune
contenente la regione codificante con due differenti 3'UTR (Aid et al., 2007). Studiando i quattro trascritti del BDNF più abbondanti nel cervello (esoni 1, 2, 4 e 6) in
modelli animali di epilessia, abbiamo trovato che i trascritti con l'esone 2 e 6 sono trasportati nei dendriti distali mentre i trascritti con l'esone 1 o 4 hanno una
distribuzione limitata al soma e ai dendriti prossimali dei neuroni corticali e ippocampali (Tongiorgi et al., 2004; Pattabiraman et al., 2005; Chiaruttini et al., 2008).
Abbiamo quindi proposto l'ipotesi che il traffico differenziale delle varianti dell'mRNA di BDNF rappresenti un meccanismo per indirizzare specificamente la
produzione di BDNF al soma o ai dendriti, "ipotesi del codice spaziale delle varianti di splicing del BDNF" (Chiaruttini et al., 2008; Tongiorgi, 2008). A sostegno di
questa ipotesi, abbiamo osservato che durante lo sviluppo in vitro le varianti 1 e 4 sono responsabili della regolazione locale del numero e della complessità dei
dendriti prossimali, mentre i trascritti 2 e 6 regolano solo i dendriti distali (Baj et al., 2011). Tuttavia, la localizzazione di tutti gli altri trascritti di BDNF non è stata
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
studiata. Abbiamo anche scoperto che l'attività fisica e gli antidepressivi fluoxetina e reboxetina producono un aumento dell'mRNA di BDNF, in particolare dell'esone
6, nei dendriti apicali dei neuroni CA3 in vivo, un effetto che può essere indotto in vitro mediante l'applicazione di 5-HT o noradrenalina (Baj et al., 2012). Questi
studi supportano l'idea che i farmaci possono modulare selettivamente la plasticità in regioni specifiche del cervello regolando il targeting dendritico di BDNF.
Tuttavia, per essere funzionalmente rilevante, l'accumulo locale dell'mRNA di BDNF deve risultare in una traduzione locale in proteina: purtroppo, il meccanismo di
traduzione di BDNF alle sinapsi è sconosciuto. Comprendere le vie di segnale che regolano il traffico e la traduzione è necessario al fine di sfruttare il codice dei
trascritti del BDNF per progettare trattamenti più specifici volti a migliorare la neuroprotezione BDNF-mediata nei disturbi neurologici come il morbo di Alzheimer, i
disturbi legati allo stress, l'autismo e l'epilessia.
Polimorfismi di BDNF in malattie neuropsichiatriche.
BDNF è stato implicato nella fisiopatologia di diverse malattie neuropsichiatriche e nell'azione di farmaci (Tardito et al., 2006; Duman e Monteggia, 2006; Pittenger e
Duman, 2008). Il topo transgenico BDNF Val66Met è l'unico modello animale esistente che ricapitola le caratteristiche fenotipiche del polimorfismo BDNF
Val66Met umano (ridotto volume ippocampale, deficit cognitivi e aumento del comportamento ansioso; Chen et al., 2006). Le UR6-UniMI e UR1-UniTS hanno
recentemente dimostrato un'associazione tra modificazioni epigenetiche in topi BDNFMet/Met e modificazioni funzionali nella traslocazione dendritica di BDNF-6,
un deficit che può essere correlato ad alcune caratteristiche fisiopatologiche sia nel topo che nell'uomo (Mallei et al., submitted). E' stato dimostrato che l'interazione
gene-ambiente (GxE) è cruciale nella patogenesi delle malattie neuropsichiatriche (Caspi e Moffitt, 2006; Popoli et al., 2012). Questo progetto riprodurrà l'interazione
tra stress e vulnerabilità genetica (modello animale GxE), sottoponendo topi BDNFMet/Met al paradigma CSC, un protocollo di stress psicosociale validato in topi
adulti (Slattery et al., 2012). L'epigenetica genome-wide su questo modello GxE consentirà di mettere in luce modificazioni nell'espressione e nella funzione di geni
coinvolti nelle patologie associate a BDNF e, probabilmente, nuovi possibili bersagli farmacologici.
BDNF e maturazione dell'integrazione sinaptica di neuroni adulti neo-generati.
La continua generazione di nuovi neuroni durante tutta la vita è ben documentata in molte specie animali, uomo incluso (Schinder e Gag 2004; Toni et al., 2008);
tuttavia, il destino e la funzione di questi nuovi neuroni restano in gran parte sconosciuti (van Praag et al., 2002; Laplagne et al., 2006; Mirzadeh et al., 2008). La
neurogenesi adulta nei mammiferi avviene in due regioni del cervello, la zona subventriculare (SVZ, Gil-Perotin et al., 2009; Quinones-Hinojosa et al., 2009) e la
zona subgranulare (SGZ) del giro dentato (DG) dell'ippocampo (Quinones-Hinojosa et al., 2009). Nel DG, dove tutti i neuroni generati nell'adulto acquisiscono la
stessa identità, le cellule sono aggiunte gradualmente a popolazioni pre-esistenti di neuroni e rappresentano l'8-10% del totale. Nel bulbo olfattivo (BO), il modo
d'integrazione funzionale sembra cambiare a seconda dello strato (granulare o glomerulare) nel quale arrivano le nuove cellule: alcune cellule rimpiazzano quelle
pre-esistenti, altre vengono aggiunte. Poiché la neurogenesi è un processo continuo, il modo in cui i nuovi neuroni si integrano può avere un ruolo chiave nella
plasticità funzionale dei circuiti del BO e del DG. È probabile che lo specifico microambiente fornito dai circuiti favorisca diversi modi di integrazione. Molti fattori
influenzano la neurogenesi; in particolare, le neurotrofine agiscono sul differenziamento, sulla sopravvivenza e sull'integrazione funzionale dei nuovi neuroni.
BDNF, SYNs e neurogenesi nell'adulto.
La neurogenesi nell'ippocampo è regolata da molti fattori quali il BDNF, le SYNs e l'epilessia. Le crisi epilettiche causano in una prima fase la morte di alcune
popolazioni neuronali (Gorter et al., 2003), mentre crisi prolungate possono stimolare la neurogenesi (Bengzon et al., 1997; Parent et al., 1997; Scott et al., 1998). Per
contro, all'aumentare della gravità degli attacchi la sopravvivenza dei “newborn neurons” è ridotta (Mohapel et al., 2004). BDNF, regolando la crescita e l'integrazione
dei “newborn neurons” nei circuiti ippocampali, si propone come un forte candidato nella regolazione della neurogenesi (Bergami et al., 2008). Il legame di BDNF al
recettore TrkB determina l'attivazione di una via di trasduzione del segnale che coinvolge varie kinasi fra cui la kinasi attivata da mitogeni (MAPK), Erk e la tirosina
kinasi non recettoriale c-Src. Substrato comune di queste due kinasi sono le SYNs (SYNs I, II e III; Jovanovic et al., 1996; Onofri et al., 1997, 2000, 2007). Queste
sono tra le principali fosfoproteine specifiche delle vescicole sinaptiche e giocano molteplici ruoli nella trasmissione e plasticità sinaptica (Greengard et al., 1993;
Baldelli et al., 2005). I topi SYNs KO mostrano crisi epilettiche spontanee o evocate da stimoli sensoriali, che insorgono a 2-3 mesi di vita e divengono più frequenti
con l'età (Li et al., 1995). Diverse mutazioni della SYN I sono legate all'insorgenza di un fenotipo epilettico nell'uomo (Garcia et al., 2004; Fassio et al., 2011).
BDNF e malattia di Alzheimer (AD).
AD è una malattia neurodegenerativa degli anziani, caratterizzata da progressivo declino delle funzioni cognitive, fino alla demenza. Il cervello di pazienti con AD
presenta placche senili composte da beta-amiloide (Abeta), e ammassi neurofibrillari. Nel 1992, Hardy e Higgins proposero l'ipotesi della cascata dell'amiloide, che
riconosce un ruolo critico di Abeta. La deposizione di Abeta avviene ad uno stadio precoce di AD in aree cerebrali come la corteccia entorinale (EC) e l'ippocampo
(Braak e Braak, 1991). I livelli di BDNF sono ridotti nella EC di pazienti AD (Arancio e Chao, 2007). In questo progetto, utilizzeremo diversi trattamenti per
aumentare i livelli endogeni di BDNF e/o la sua attività al fine di prevenire le disfunzioni sinaptiche ed i deficit cognitivi causati da Abeta in modelli sperimentali di
AD. Nello sviluppo del progetto mostreremo le vie molecolari attivate dal BDNF e le strategie per liberare il BDNF nelle aree cerebrali affette, ed utilizzeremo nuove
molecole ad azione simile a quella del BDNF. In particolare, utilizzeremo PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polipeptide), un neuropeptide endogeno
espresso insieme ai suoi recettori in differenti aree cerebrali tra cui EC (Reglodi et al., 2011). PACAP attraversa la barriera ematoencefalica, trans-attiva TrkB e
aumenta i livelli cerebrali di BDNF.
BDNF e Sindrome di Rett (RTT).
Recentemente è stato descritto un complesso gruppo di interazioni tre MeCP2 e BDNF (Monteggia et al., 2004), che regolano la funzione dei due fattori e indicano
BDNF come possibile bersaglio terapeutico per la cura della RTT. Infatti, l'overespressione di BDNF aumenta il tempo di vita e contrasta i deficit osservati nei topi
mutanti MeCP2 (Chang et al., 2006). L'azione di MeCP2 su BDNF sembra andare ben oltre l'età del neurosviluppo (Moretti et al., 2006). L'osservazione che MeCP2
agisce come un repressore calcio-regolato (Zhou et al., 2006) suggerisce che potrebbe esercitare un controllo sulla plasticità sinaptica. In questo scenario, BDNF e
MeCP2 sembrano giocare un ruolo fondamentale nella fisiopatologia della RTT, indicando BDNF come un possibile approccio terapeutico. È stato riportato che il
fenotipo RTT può essere recuperato in topi ottenuti incorciando MeCP2 con topi overesprimenti BDNF, confermando un coinvolgimento diretto nella RTT. Tuttavia,
la somministrazione diretta di BDNF può causare effetti collaterali come l'epilessia. Per questa ragione potrebbe essere di interesse testare la muteina BDNF R100,
ispirata da recenti lavori su mutanti di NGF HSAN V R100 (Capsoni et al., 2010)
BDNF e Disordini dello Spettro Autistico (ASD).
Difetti della circuiteria GABAergica sono stati riscontrati nell'ippocampo di pazienti autistici e nella corteccia cerebrale di modelli murini di ASD (Sgadò et al., 2011).
I difetti nella maturazione della circuiteria GABA determinano un'immatura struttura e funzione della corteccia cerebrale, che resta plastica e sensibile agli effetti
dell'esperienza sensoriale (Huang et al., 1999; Hensch, 2005; Di Cristo, 2007). Una immatura struttura della corteccia cerebrale e della circuiteria GABA sarebbero
alla base di vari disordini neurologici dello sviluppo (Rubenstein e Merzenich, 2003; Rossignol, 2011). Il BDNF promuove la maturazione dell'innervazione inibitoria
della corteccia cerebrale in vivo (Huang et al., 2007). Abbiamo quindi ipotizzato che i difetti degli interneuroni GABA (ed il conseguente fenotipo “autistico”) dei
topi En2-/- (Tripathi et al., 2009 e risultati preliminari della UR7-CNR) possano essere dovuti a difetti della sintesi/maturazione/processamento di BDNF.
BDNF ed epilessia.
La maggior parte delle epilessie acquisite hanno una causa identificabile, per esempio un trauma, un episodio di stato epilettico (SE), un ictus, un'infezione cerebrale
(Pitkanen & Sutula, 2002). In queste condizioni, si mette in moto una cascata di eventi neurobiologici che, nel tempo, conducono alla comparsa di crisi spontanee e
alla diagnosi di epilessia. Questo fenomeno è detto "epilettogenesi". Studi recenti hanno cominciato a chiarire le basi molecolari dei fenomeni che conducono alla
riorganizzazione dei circuiti (morte cellulare, plasticità assonale e dendritica, neurogenesi, alterazioni funzionali in canali e sinapsi), fenomeni che probabilmente
conducono allo sviluppo di ipereccitabilità e di crisi spontanee (Pitkanen e Lukasiuk, 2011). Il coinvolgimento di BDNF in questi processi sembra molto probabile
perchè è stato dimostrato che questa neurotrofina è coinvolta in tutte le alterazioni sopra citate (Simonato et al., 2006). Molti studi suggeriscono che BDNF avrebbe un
effetto pro-epilettogenico, perché l'epilettogenesi è ostacolata in topi in cui è stato eliminato il recettore TrkB o bloccata l'attivazione della fosfolipasi C (PLC) gamma
da parte di TrkB (He et al., 2004; 2010). Tuttavia, BDNF potrebbe anche esercitare effetti favorevoli: per esempio, potrebbe prevenire o riparare il danno indotto da
insulti epilettogeni, riducendo la frequenza delle crisi spontanee (Paradiso et al., 2009, 2011; Bovolenta et al., 2010). BDNF potrebbe quindi produrre effetti pro- o
anti-epilettogenici. Studi recenti hanno cominciato ad indagare i meccanismi che stanno alla base di questi effetti contrastanti. Una possibilità è la regolazione della
disponibilità locale. Come già detto, BDNF può infatti produrre effetti diversi a seconda del sito cellulare di azione: il soma, i dendriti, il compartimento pre- o
post-sinaptico. Inoltre, TrkB può attivare signaling pathways diversi nei diversi distretti sub-cellulari. BDNF può raggiungere selettivamente diversi distretti
sub-cellulari attraverso la produzione di varianti di splicing del suo mRNA e il trafficking differenziale di queste e della proteina all'interno dei neuroni (Simonato et
al., 2006; Chiaruttini et al, 2008). La processazione locale del pro-BDNF in BDNF maturo da parte di proteasi, inoltre, può modificare il rapporto fra le due forme.
Siccome pro-BDNF e BDNF maturo hanno affinità diverse per p75 e TrkB, la diversa disponibilità locale delle due forme potrebbe comportare un'attivazione
differenziale dei due recettori in ambiti cellulari diversi. Riassumendo, può essere ipotizzato che il delivery di BDNF in prossimità dei contatti sinaptici e l'attivazione
della via della PLC gamma possano mediare effetti pro-epilettici, mentre il delivery in aree neurogeniche potrebbe mediate effetti anti-epilettici. Per sviluppare ed
ottimizzare una terapia dell'epilessia basata su BDNF, è quindi essenziale migliorare la nostra comprensione dei meccanismi di coinvolgimento di BDNF
nell'epilettogenesi e migliorare le strategie di delivery per raggiungere selettivamente l'area epilettogenica.
Testo inglese
The neurotrophin Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is known to exert multiple effects on the central nervous system: not only it increases survival of adult
neurons and favors neuronal differentiation of neural progenitor cells, but is also implicated in plastic changes at structural (for example, dendritogenesis) and synaptic
level (for example, potentiation of excitatory synapses). Because of these effects, modulation of the BDNF system has been proposed as a novel therapeutic approach
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for many neurological diseases. This goal, however, turned out to be difficult to reach, for at least two orders of still unresolved problems. First, BDNF may exert
different, and sometimes even opposite effects, depending on a number of factors: alternative splicing of its mRNA, processing of the pro- into the mature form,
specific cellular domain of action, receptor subtype (high- or low-affinity), signaling pathway activated. Understanding in detail the biology of BDNF and finding
ways to interfere selectively with specific aspects of it will be essential to develop effective therapeutic strategies that are not compromised by unwanted (or even
paradoxical) side effects. Second, BDNF is a peptide in nature and it should be targeted specifically to the brain area affected by a disease to avoid undesired side
effects. This consideration poses the question of delivery: strategies should be developed to deliver the BDNF-acting therapy selectively at the site where it is needed.
Aim of this project is to contribute to the solution of these problems, identifying new therapeutic strategies and applying them to major neurological diseases. Below,
we will provide and outline of the state of the art with reference to the key subtopics of this proposal.
BDNF mRNA splice variants.
The mouse and rat BDNF gene produces 22 different transcripts, each consisting of a 5'UTR exon that through alternative splicing is joined to a common exon
containing the coding region with two different 3 'UTR sequences (Aid et al, 2007). In studying the four most abundant BDNF transcripts in the brain (exons 1, 2, 4 or
6) in animal models of epilepsy, we found that transcripts encoding exon 2 or 6 were targeted to distal dendrites while transcripts with exon 1 or 4 remained restricted
to the soma and proximal dendrites of neurons from cortex and hippocampus (Tongiorgi et al. 2004; Pattabiraman et al. 2005; Chiaruttini et al. 2008). On this basis,
we proposed a hypothesis that the differential trafficking of BDNF mRNA variants represents a mechanism to specifically target the production of BDNF to the soma,
proximal or distal dendrites, and we called it the “spatial code hypothesis of BDNF splice variants” (Chiaruttini et al. 2008; Tongiorgi 2008). In support to this
hypothesis, during early development in vitro, BDNF variants 1 and 4 provide local regulation of the number and complexity of proximal dendrites while transcripts 2
and 6 affect only the distal dendrites (Baj et al., 2011). However, the localization of the other BDNF transcripts was not investigated. We further discovered that
physical activity and the antidepressants fluoxetine and reboxetine produce a selective increase of BDNF mRNA, particularly, the exon 6 BDNF splice variant, in the
apical dendrites of CA3 neurons in vivo and the same effect can be induced in vitro by application of 5-HT or norepinephrin (Baj et al., 2012). These studies supports
the idea that drugs can selectively modulate plasticity in specific brain regions by regulating dendritic targeting of BDNF. However, in order to be functionally
relevant, local accumulation of BDNF mRNA must result in local translation but unfortunately the mechanism of BDNF translation at synapses is unknown. For these
reasons, we propose a project for a systematic analysis of the mechanisms of transport and translation at synapses, its pharmacological modulation and the effects on
the hippocampal neurogenesis. Understanding the signaling pathways regulating trafficking and translation is necessary in order to exploit the BDNF transcripts code
to design more specific treatments aimed at enhancing BDNF-mediated neuroprotection for neurological disorders such as Alzheimer's disease, stress-related
disorders, autism and epilepsy.
BDNF polymorfisms in neuropsychiatric disorders.
BDNF has been implicated in the pathophysiology of various neuropsychiatric disorders and in the action of therapeutic drugs (Tardito et al., 2006; Duman and
Monteggia, 2006; Pittenger and Duman, 2008). The BDNF Val66Met transgenic mouse is the only existing animal model that recapitulates the phenotypic hallmarks
of the human polymorphism (reduced hippocampal volume, cognitive deficits, and increased anxiety-related behaviour) (Chen et al., 2006). This RU and RU1-UniTS
have recently traced down differential epigenetic changes in BDNF Met/Met mice to functional changes in BDNF-6 dendritic translocation, a deficit that may be
linked to pathophysiological features in mice and men (Mallei et al., submitted). It has been shown that gene-environment (GxE) interaction is crucial for pathogenesis
of neuropsychiatric disorders (Caspi & Moffitt, 2006; Popoli et al., 2012). The present project will reproduce the interaction between stress and genetic vulnerability
(GxE animal model), by subjecting BDNFMet/Met mice to Chronic Subordinate Colony Housing (CSC), a chronic psycho-social stress protocol established in adult
mice (Slattery et al., 2012). The genome-wide epigenetic analysis of this GxE model will allow us to disclose epigenetically regulated changes in the expression and
function of key genes involved in BDNF-related pathology and, possibly, a number of putative drug targets for further investigation.
BDNF regulation of the maturation and synaptic integration of adult-born neurons.
The lifelong genesis of new neurons is well documented in many animal species including humans (Schinder and Gag 2004; Toni et al., 2008), yet the fate of these
new neurons and their functions are largely unknown (van Praag et al., 2002; Laplagne et al., 2006; Mirzadeh et al., 2008). Adult neurogenesis in mammals has been
observed mainly in two brain regions, the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricle (Gil-Perotin et al., 2009; Quinones-Hinojosa et al., 2009) and the
subgranule zone (SGZ) in the dentate gyrus (DG) of the hippocampus (Quinones-Hinojosa et al., 2009). In the DG of the hippocampus, where all adult-generated
neurons acquire the same granular identity, cells are gradually added to the pre-existing population of neurons, finally accounting for about 8-10% of the total number
of cells. Intriguingly, in the OB the mode of functional incorporation seems to change according to the layer (granular or glomerular) targeted by new arriving
neurons: GC cells replace pre-existing ones whereas new PGC cells mostly follow a pattern of net neuronal addition. As neurogenesis is an ongoing process, the mode
of newborn neurons' integration may play a key role in the functional plasticity of DG or OB circuitry. In this scenario, it is very likely that the specific
microenvironment provided by the local network favors different modes of integration. Many factors are known to influence adult neurogenesis. There is growing
evidence emphasizing the effect of neurotrophins on newborn neurons differentiation and survival, leading to final integration of newly generated neurons.
BDNF, SYNs and adult neurogenesis.
The neurogenesis inside the hippocampus is a process tightly regulated by many factors, such as BDNF, SYNs and epilepsy. Epileptic seizures cause in their first
phase of occurrence the death of some neuronal populations (Gorter et al., 2003), while prolonged attacks are able to stimulate neurogenesis (Bengzon et al., 1997;
Parent et al., 1997; Scott et al., 1998). On the contrary, as the severity of the seizures increases, the survival of “newborn neurons” decreases (Mohapel et al., 2004).
BDNF regulates the development and the integration of adult born neurons into functional circuits of the hippocampal network, therefore appears to be a strong
candidate for the regulation of neurogenesis (Bergami et al., 2008). BDNF, after binding to TrkB receptor, activates an intracellular signal pathway involving several
kinases, comprising the mitogen-activated protein kinase (MAPK) Erk, and the non-receptor tyrosine kinase c-Src. A common substrate for these kinases is
represented by the SYNs (SYNs I, II and III; Jovanovic et al., 1996; Onofri et al., 1997, 2000, 2007). These are among the main phosphoproteins specific of the
synaptic vesicles and are known to play key roles in the synaptic transmission and plasticity (Greengard et al., 1993; Baldelli et al., 2005). SYN KO mice show an
early onset of epileptic seizures, spontaneous or caused by sensorial stimulations, starting from 2-3 months of life and getting more frequent over the course of time
(Li et al., 1995). It is very important to note that several SYN I mutations are linked to the onset of an epileptic phenotype in humans (Garcia et al., 2004; Fassio et al.,
2011).
BDNF and Alzheimer disease (AD).
AD is a neurodegenerative disease of elderly characterized by progressive impairment of cognitive functions leading to dementia. The brain of AD patients presents
senile plaques composed of beta-amyloid (Abeta), and neurofibrillary tangles. In 1992, Hardy and Higgins formalized the amyloid cascade hypothesis that recognizes
a critical role to Abeta. Abeta deposition occurs at an early stage of AD in brain areas such as entorhinal cortex (EC) and hippocampus (Braak & Braak, 1991). BDNF
level of expression is decreased in EC of AD patients (Arancio & Chao, 2007). In the present project, we will use different BDNF treatments to increase the
endogenous expression of BDNF and/or its activity, including new molecules characterized by BDNF-like activity. In particular, we will use PACAP (Pituitary
Adenylate Cyclase-Activating Polipeptide), an endogenous neuropeptide expressed together with its receptors in different brain areas including the EC (Reglodi et al.,
2011). PACAP crosses the blood-brain barrier, trans-activates TrkB and increases BDNF brain level. Aim of the project is to prevent synaptic dysfunction and
cognitive deficits caused by Abeta in AD experimental models.
BDNF and Rett Syndrome (RTT).
A complex set of interactions between MeCP2 and BDNF have been described (Monteggia et al., 2004). These interactions regulate the functions of the two factors
and indicate BDNF as a possible therapeutic target in the cure of RTT. Indeed, the overexpression of BDNF extends the lifespan and reverses the deficits observed in
mouse MeCP2 mutants (Chang et al., 2006). Moreover, evidences suggest that MeCP2 actions on BDNF are projected well beyond neurodevelopment (Moretti et al.,
2006). The observation that MeCP2 acts as a calcium−regulated repressor of BDNF expression (Zhou et al., 2006) suggests that it might also exercise a control
of the synaptic plasticity. In this scenario, BDNF and MeCP2 appear to play a fundamental role in RTT pathophysiology, indicating BDNF treatment as a possible
therapeutic approach. Accordingly, it has been reported that the RTT phenotype can be rescued in mice obtained crossing MeCP2 with BDNF overexpressing mice.
BDNF and Autism Spectrum Disorders (ASD).
Abnormalities in GABAergic circuitries have been reported in the cerebral cortex of mouse models of ASD as well as in the hippocampus of ASD patients (reviewed
in Sgadò et al., 2011). Impaired maturation of the GABAergic circuitry results in an immature structure and function of the cerebral cortex, that remains more plastic
and sensitive to alterations in sensory inputs (Huang et al., 1999; Hensch, 2005; Di Cristo, 2007), and immature structure and function of the cerebral cortex (and
GABAergic circuitry within it) is considered a major feature of neurodevelopmental disorders (Rubenstein and Merzenich, 2003; Rossignol, 2011). BDNF promotes
the maturation of inhibitory innervation in the cerebral cortex in vivo (Huang et al., 2007). Thus, it can be hypothesized that GABAergic interneuron defects (and
subsequent “ASD-like” behaviours) observed in En2-/- mice (Tripathi et al., 2009 and preliminary results of RU7-CNR) are due to a defective BDNF
synthesis/maturation/signaling.
BDNF and epilepsy.
Most acquired epilepsies have an identifiable cause, such as a head trauma, an episode of status epilepticus (SE), a stroke, or a brain infection (Pitkanen & Sutula,
2002). It is thought that these damaging insults set in motion a cascade of events that, in time, will lead to the occurrence of spontaneous seizures, i.e. epilepsy. This
phenomenon is termed "epileptogenesis". Recent molecular studies began to elucidate the mechanisms that regulate components of the circuitry reorganizations (cell
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death, axonal and dendritic plasticity, neurogenesis and functional alterations in ion channel and synaptic properties) that occur during epileptogenesis and likely
contribute to the development of hyperexcitability and spontaneous seizures (Pitkanen & Lukasiuk, 2011). The implication of BDNF in these processes seems very
likely, because it has been demonstrated to be involved in each of the above-mentioned alterations associated with epileptogenesis (Simonato et al., 2006). Many
studies suggest that BDNF plays a pro-epileptogenic role, because epileptogenesis is impaired in mice in which the TrkB receptor or the TrkB-dependent activation of
phospholipase C (PLC) gamma are ablated (He et al., 2004; 2010). However, BDNF may also exert beneficial effects: for example, it may prevent or repair the
damage produced by epileptogenic insults, reducing the occurrence of spontaneous seizures (Paradiso et al., 2009, 2011; Bovolenta et al., 2010). Thus, BDNF may
produce pro- or anti-epileptogenic effects. Recent experimental evidence begins to shed light on the mechanisms underlying these contrasting effects. One interesting
possibility is the regulation of its local availability. BDNF can induce completely different effects depending on the cellular site of action: soma, axon, dendrite,
presynaptic or postsynaptic compartment. Accordingly, depending on the subcellular localization, TrkB can activate different signaling cascades. Possible
mechanisms to deliver BDNF at distinct subcellular locations include generation of different mRNA splice variants and differential trafficking of mRNA and protein
within the neurons (Simonato et al., 2006; Chiaruttini et al, 2008). In addition, local processing by proteases to convert pro- into mature BDNF might induce a locally
altered balance between these two forms. Because pro- and mature BDNF have different affinities for p75 and TrkB, the relative local representation of the two forms
might result in a spatially restricted activation of different receptor subtypes. In summary, delivery of BDNF near synaptic contacts and activation of PLC gamma
signaling may mediate a pro-epileptic effect, while delivery at neurogenic areas and activation of efficient neuronogenesis may mediate an anti-epileptic effect. In
order to develop and optimize a BDNF based therapy for epilepsy, it is essential to refine our understanding on the implication of BDNF in epileptogenesis and to
improve the delivery strategies for targeting selectively the epileptogenic lesion area.
12 - Articolazione del Progetto e tempi di realizzazione
Testo italiano
Il progetto si articola in 10 Work-Packages (WP) scientifici, ciascuno suddiviso in task, come descritto qui sotto. La descrizione dettagliata del programma scientifico
di ogni WP si trova nel modello B del WP leader. Le Gant chart delle Milestones e dei Deliverables sono in allegato.
WP1.
Analisi e regolazione farmacologica delle varianti di splicing di BDNF mRNA: un codice spaziale e quantitativo per la neurogenesi. LEADER: UR1-UniTS.
TASKS
T1.1. Ruolo delle varianti BDNF nell'integrazione dei neuroni neogenerati del DG.
T1.2. Profilo farmacologico della traduzione in proteina delle varianti di BDNF.
T1.3. Profilo farmacologico della regolazione del traffico dell'mRNA di BDNF.
T1.4. Trattamento di vari modelli animali di patologia.
MILESTONES
M1.1. Ruolo delle varianti BDNF nel cablaggio di neuroni neonati del DG. Mese (M) 24.
M1.2. Dati quantitativi sugli effetti sulla traduzione di BDNF di vari agonisti recettoriali. M 18.
M1.3. Profilo farmacologico del traffico dell'mRNA di BDNF. M 36.
M1.4. Espressione e localizzazione delle isoforme di BDNF nel cervello di modelli animali di malattia di Alzheimer, stress, autismo ed epilessia. M 36.
DELIVERABLES
D1.1. Vettori esprimenti esoni BDNF senso o shRNA. Mese (M) 12.
D1.2. Profilo farmacologico della traduzione delle varianti di BDNF. M 18.
D1.3. Profilo farmacologico del traffico delle varianti di BDNF. M 24.
D1.4. Pattern di espressione di modelli animali varianti BDNF. M 36.
WP2.
Meccanismi implicati nell'azione di BDNF sul controllo della maturazione e dell'integrazione funzionale dei neuroni neo-generati nel cervello adulto. LEADER:
UR2-UniBO.
TASKS
T2.1. Ruolo dei recettori di BDNF sulla morfologia dei neuroni di nuova generazione.
T2.2. Metilazione del promotore genico, modificazione degli istoni ed espressione dei recettori per il BDNF durante il differenziamento dei neuroni neogenerati.
T2.3. Ruolo di BDNF sulla generazione e integrazione dei nuovi neuroni nel cervello di adulto.
T2.4. Regolazione della neurogenesi da parte della rete neurale: ruolo del recettore TrkB sulla eccitabilità dei neuroni ippocampali neoformati.
T2.5 Integrazione funzionale dei nuovi neuroni in circuiti neuronali correlati a specifiche attività comportamentali.
MILENSTONES
M2.1 Costruzione e validazione dell linea di topi TrkB Glast/CreERT2 Zeg.
M2.2 Costruzione e validazione dell linea di topi p75NTR Glast/CreERT2 Rosa.
M2.3 Costruzione e validazione dell linea di topi Munc18 Glast/CreERT2 Rosa.
M2.4 Purificazione dei precursori neuronali dale linee di topi TrkB Glast/CreERT2, p75NTR Glast/CreERT2 and Munc18/Glast/CreERT2.
DELIVERABLES
D2.1 Descrizione degli effetti della eliminazione di TrkB o p75 dai neuroni nuovi nati nel DG o OB. Mese (M) 24.
D2.2 Descrizione degli effetti dei cambiamenti epigenetici durante il differenziamento dei neuroni nuovinati. M 24.
D2.3 Descrizione degli effetti della eliminazione di TrkB o p75NTR dai neuroni nuovi nati durante la tutta la vita adulta nel DG o OB. M 36.
D2.4 Descrizione degli effetti della eliminazione di TrkB o p75NTR sulle proprietà elettriche attive e passive dei neuroni nuovi nati nel DG o OB. M 24.
D2.5 Descrizione degli effetti della eliminazione di Munc-18 dai neuroni nuovi nati. M 36.
WP3
Ruolo di BDNF e SYNs sulla neurogenesi dell'adulto in modelli animali di epilessia. LEADER: UR3-UniGE.
TASKS
T3.1. Studio in vivo del ruolo funzionale di BDNF e SYNs nella neurogenesi in modelli animali di epilessia.
T3.2. Effetto di BDNF sull'LTP nel DG di topi SYN KO.
T3.3. Ruolo di BDNF nello sviluppo dei precursori neuronali in topi SYN KO.
MILESTONES
M3.1. Progettazione e validazione di un sistema virale shRNA per il silenziamento specifico di TrkB nei precursori neuronali. Mese (M) 8.
M3.2. Iniezione stereotassica del shRNA virale nel DG dell'animale adulto e validazione del silenziamento in vivo. M 12.
M3.3. Produzione degli stampi PDMS per microcontact printing. M 10.
DELIVERABLES
D3.1. Quantificazione dei parametri della neurogenesi nel DG di topi SYN KO prima e dopo l'esordio del fenotipo epilettico, in presenza/assenza di BDNF. Mese (M)
24.
D3.2. Analisi morfologica dei newborn neurons nel DG dei modelli animali. M 24.
D3.3. Caratterizzazione molecolare dei precursori neuronali del DG dell'ippocampo nei topi SYN KO prima e dopo la comparsa del fenotipo epilettico in
presenza/assenza di BDNF. M 24.
D3.4. Descrizione degli effetti di BDNF sull'LTP nei newborn neurons di topi SYN KO. M 18.
D3.5. Caratterizzazione degli effetti di BDNF sulla crescita del neurite dei precursori neuronali ottenuti da topi SYN KO. M 30.
D3.6. Caratterizzazione molecolare degli effetti di BDNF sui precursori neuronali in coltura. M 24.
WP4
Studi strutturali e funzionali di BDNF e proBDNF e loro interazioni con TrkB, p75 e Sortilina. LEADER: UR4-SNS
TASKS
T4.1. Clonaggio, espressione e purificazione di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF.
T4.2. Caratterizzazione biofisica e biochimica di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF.
T4.3. Analisi dei processi proteolitici di maturazione di proBDNF e V66M proBDNF e di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF marcati con 15N/13C/2H.
Maturazione proteolitica di BDNF umano (hBDNF) e di BDNF marcato con 15N/13C/2H.
T4.4. Caratterizzazione strutturale di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF.
MILESTONES
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M4.1. Clonaggio, espressione, refolding e purificazione di proBDNF e V66M proBDNF e proBDNF e V66M proBDNF marcati. Maturazione proteolitica e
purificazione di hBDNF e BDNF marcato. Mese (M) 12.
M4.2. Caratterizzazione biofisica e biochimica di hBDNF, proBDNF e V66M proBDNF. Effetti concentrazione dipendente delle proprietà biofisiche e biochimiche
delle proteine. Influenza/effetti di Zn2+ e Cu2+. M 24.
M4.3. Caratterizzazione temporale del processo di maturazione/degradazione di proBDNF e V66M proBDNF con enzimi proteolitici mediante EI-MS o RMN e
influenza di Zn2+ e Cu2+. M 24.
M4.4. Studi di radiazione sincrotronica SAXS in soluzione (in assenza o presenza di Zn2+ e Cu2+) di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF. M 36.
M4.5. Studi RMN ad alta risoluzione di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF in assenza o in presenza di Zn2+ e Cu2+. M 36.
M4.6. Descrizione a livello atomico della struttura di BDNF e di quella degli addotti di Zn2+ e Cu2+ mediante diffrazione di raggi X a luce di sincrotrone su singolo
cristallo. M 36.
DELIVERABLES
D4.1. Clonaggio, espressione eterologa, denaturazione in vitro e purificazione di hBDNF, proBDNF e V66M proBDNF. Mese (M) 12.
D4.2. Caratterizzazione biofisica di hBDNF, proBDNF e V66M proBDNF. M 18.
D4.3. Analisi del processo di maturazione/degradazione di proBDNF e V66M proBDNF a BDNF maturo per degradazione proteolitica. Influenza nel processo di
Zn2+ e Cu2+. M 24.
D4.4. Caratterizzazione strutturale in soluzione mediante SAXS, in assenza/presenza di Zn2+ e Cu2+ di hBDNF, proBDNF e V66M proBDNF. M 36.
D4.5. Caratterizzazione strutturale ad alta risoluzione di hBDNF, proBDNF e V66M proBDNF mediante RMN in assenza/presenza di Zn2+ e Cu2+. M 36.
D4.6. Struttura cristallina ad alta risoluzione di BDNF in in assenza/presenza di Zn2+ e Cu2+ mediante cristallografia di diffrazione di RaggiX a luce di sincrotrone.
M 36.
WP5
Manipolazione trangenica di BDNF nel pesce a vita breve Nothobranchius Furzeri. LEADER: UR4-SNS.
TASKS
T5.1. Aumento transgenico dell'espressione di BDNF.
T5.2. Effetto dell'aumento di BDNF su parametri di invecchiamento.
MILESTONES
M5.1. Generazione del primo modello genetico (miR124-BDNF). Mese (M) 12.
M5.2 Analisi del primo modello genetico, generazione del secondo modello (Gal4-BDNF). M 24.
M5.3. Analisi del secondo modello genetico. M 36.
DELIVERABLES
D5.1 Linea driver miR124-CRE-ERT2 e linea Responder ubi-BDNF. Clonaggio di BDNF nel locus di N. Furzeri. Mese (M) 6.
D5.2. Individui F1 generati dall'incrocio di miR124-CRE-ERT2 x ubi-BDNF. M 12.
D5.3. Linea driver miR124-GAL4 e linea responder UAS-BDNF. M 18.
D5.4. Analisi del fenotipo degli individui F1 generati dall'incrocio di miR124-CRE-ERT2 x ubi-BDNF. M 24.
D5.5. Individui F1 generati dall'incrocio di miR124-GAL4 x UAS-BDNF. M 24.
D5.6. Analisi del fenotipo degli individui F1 generati dall'incrocio di miR124-GAL 4x UAS-BDNF. M 36.
WP6
BDNF e Sindrome di Rett. LEADER: UR4-SNS.
TASKS
T6.1. La mutazione di FOGXG1 induce modifiche nell'espressione di BDNF?
T6.2. Somministrazione intranasale di BDNF a modelli animali di RTT.
T6.3. Somministrazione di MAB secernenti BDNF a topi FOXG1+/- e/o MeCP2-/y.
T6.4. Produzione e validazione di mutanti di hBDNF.
MILESTONES
M6.1. Validazione di BDNF come target per FOXG1. Mese (M) 12.
M6.2. Produzione di hBDNF mutante e validazione della sua attività neurotrofica e del diminuito signalling di PLC gamma ed ERK in vitro. M 24.
M6.3. Valutazione dell'efficacia del trattamento dei modelli MeCP2-/y e/o FOXG1+/- con BDNF intranasale. M 30.
M6.4. Valutazione dell'efficacia del trattamento dei modelli MeCP2-/y e/o FOXG1+/- con MAB secernenti BDNF. M 36.
DELIVERABLES
D6.1. Validazione di BDNF come target per FOXG1. Mese (M) 12.
D6.2. Mutanti di BDNF validati per la loro differenziale attivazione del signalling di TrkB. M 30.
D6.3. Analisi morfologica e biochimica dei topi RTT trattati con BDNF con i vari approcci. M 36.
WP7.
Ruolo neuroprotettivo di BDNF nella malattia di Alzheimer (AD). LEADER: UR5-UniAQ.
TASKS
T7.1. Effetti di BDNF sulla funzione sinaptica.
T7.2. Effetti di BDNF e disfunzione sinaptica indotta da Abeta.
T7.3. Effetti della somministrazione intra-nasale di BDNF in modelli murini di AD.
T7.4. Effetti di trattamenti con PACAP in modelli murini di AD.
T7.5. Effetti del trattamento con fluoxetina in modelli murini di AD.
MILESTONES
M7.1. Dosi di BDNF che regolano LTP senza alterare la trasmissione sinaptica nella EC. Mese (M) 12.
M7.2. Dimostrazione che BDNF previene la disfunzione sinaptica indotta da Abeta in EC. M 18.
M7.3. Dimostrazione che la somministrazione intra-nasale di BDNF previene la tossicità di Abeta in modelli murini di AD. M 24.
M7.4. Dimostrazione che i trattamenti con PACAP prevengono la tossicità di Abeta in modelli di AD. M 30.
M7.5. Dimostrazione che i trattamenti con fluoxetina prevengono la tossicità di Abeta in modelli di AD. M 36.
DELIVERABLES
D7.1. Descrizione degli effetti di rhBDNF e BDNF mutante (R100) sulla funzione sinaptica in EC. Mese (M) 6.
D7.2. Descrizione degli effetti di rhBDNF e BDNF R100 sulla disfunzione sinaptica indotta da Abeta42 oligomerica sintetica. M 12.
D7.3. Descrizione degli effetti di rhBDNF e BDNF R100 sulla disfunzione sinaptica indotta da aumentati livelli di Abeta nella EC di modelli murini di AD. M 18.
D7.4. Descrizione degli effetti della somministrazione intranasale di rhBDNF e BDNF mutante su disfunzione sinaptica, deficit cognitivi e cambiamenti
patofisiologici indotti da Abeta in modelli di AD. M 24.
D7.5. Descrizione degli effetti di PACAP38 su disfunzione sinaptica, deficit cognitivi e cambiamenti patofisiologici indotti da Abeta in modelli di AD. M 30.
D7.6. Descrizione degli effetti della fluoxetina su disfunzione sinaptica, deficit cognitivi e cambiamenti patofisiologici indotti da Abeta in modelli di AD. M 36.
WP8.
Analisi epigenetica di un modello animale gene-ambiente per malattie neuropsichiatriche basato sul polimorfismo umano Val66Met di BDNF. LEADER:
UR6-UniMI.
TASKS
T8.1. Paradigma di stress psicosociale cronico CSC.
T8.2. Analisi epigenetica ChIP-Seq di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met sottoposti a CSC (modello GxE).
T8.3. Analisi di metilazione in loci multipli e gene specifica mediante la tecnica MeDIP-Seq.
T8.4. Analisi bio-informatica dei dati. Identificazione di isole annotate; identificazione di networks di geni, funzioni biologiche maggiori e processi cellulari coinvolti.
T8.5. Validazione mirata dell'espressione di geni/proteine in ippocampo.
T8.6. Identificazione delle conseguenze morfologiche e funzionali delle modificazioni epigenetiche in ippocampo.
MILESTONES
M8.1. Marcature epigenetiche ed espressione genica associate con topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met (±CSC). Mese (M) 24.
M8.2. Validazione di geni/proteine con varie marcature epigenetiche. M 36.
M8.3. Modificazioni morfologiche e funzionali in topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met (±CSC). M 36.
DELIVERABLES
D8.1. Mappatura di isole relative a istone H3 modificato lungo il genoma di ippocampo di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met. Completamento delle liste di isole
mappate nelle regioni promotrici di geni annotati. Mese (M) 24.
D8.2. Mappatura di isole relative a istone H3 modificato lungo il genoma di ippocampo di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met con CSC. Completamento delle liste
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di isole mappate nelle regioni promotrici di geni annotati. M 24.
D8.3. Network di geni, principali funzioni biologiche e processi cellulari coinvolti (analisi con IPA). Completamento dei dati epigenetici. M 30.
D8.4. Lista di geni selezionati validati con vari profili di marcatori epigenetici in ippocampo, associate ai genotipi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met (± CSC). M 36.
D8.5. Lista di proteine selezionate validate con vari profili di marcatori epigenetici in ippocampo, associate ai genotipi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met (± CSC). M
36.
D8.6. Analisi morfologica di neuroni ippocampali in topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ± CSC. Analisi dell'espressione di proteine coinvolte nella plasticità
dendritica in topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ± CSC. M 36.
WP9.
Ruolo di BDNF nello sviluppo del sistema GABAergico in topi KO per Engrailed2, modello murino di autismo. LEADER: UR7-CNR.
TASKS
T9.1. Sviluppo del sistema GABAergico nei topi En2-/-.
T9.2. Espressione delle isoforme di BDNF mRNA/proteina nei cervelli En2-/-.
T9.3. Sovraespressione di BDNF e maturazione del sistema GABA nei topi En2-/-.
MILESTONES
M9.1. Generazione di topi En2-/- esprimenti interneuroni marcati con GFP. Mese (M) 6.
M9.2. Dimostrazione dei difetti del sistema GABA nei topi En2-/-. M 12.
M9.3. Generazione di topi En2-/- sovraesprimenti BDNF. M 18.
M9.4. Dimostrazione dell'espressione differenziale delle isoforme di BDNF nei cervelli En2-/-. M 24.
M9.5. Dimostrazione degli effetti di BDNF sul sistema GABA nei topi En2-/-. M 36.
DELIVERABLES
D9.1. Topi En2-/- esprimenti interneuroni marcati con GFP. Mese (M) 6.
D9.2. Descrizione dello sviluppo del sistema GABA nei topi En2-/-. M 12.
D9.3. Topi En2-/- sovraesprimenti BDNF. M 18.
D9.4. Descrizione dell'espressione differenziale delle isoforme di BDNF nei cervelli En2-/-. M 24.
D9.5. Descrizione degli effetti di BDNF sul sistema GABAergico nei topi En2-/-. M 36.
D9.6. Descrizione degli effetti di BDNF sui comportamenti autistici dei topi En2-/-. M 36.
WP10
BDNF ed epilessia. LEADER: UR8-UniFE.
TASKS
T10.1. Effetti delle varianti di splicing di BDNF durante l'epilettogenesi.
T10.2. Signaling pathways attivati da BDNF durante l'epilettogenesi.
T10.3. Modulazione della neurogenesi con BDNF: implicazioni per l'epilettogenesi.
T10.4. Delivery di BDNF nella zona epilettogena.
T10.5. Trapianto di cellule embrionali, condizionate da BDNF, nell'area epilettogena.
MILESTONES
M10.1. Costruzione e validazione di vettori che esprimono in antisenso gli esoni 6 e 1. Mese (M) 18.
M10.2. Dimostrazione della localizzazione dei MAB nell'area di lesione epilettogena. M 12.
M10.3. Preparazione del vettore HSV esprimente i geni necessari per la retrodifferenzazione cellulare (per la produzione di iPS). M 8.
M10.4. Produzione di cellule iPS murine. M 15.
DELIVERABLES
D10.1. Valutazione in vitro degli effetti di vettori che esprimono in antisenso gli esoni 6 e 1. Mese (M) 24.
D10.2. Valutazione in vivo, in modelli di epilessia, degli effetti di vettori che esprimono in antisenso gli esoni 6 e 1. M 36.
D10.3. Valutazione degli effetti della proteina BDNF mutante in modelli di epilessia. M 24.
D10.4. Valutazione degli effetti del trattamento con MAB in modelli di epilessia. M 24.
D10.5. Valutazione degli effetti della terapia combinata (genica e cellulare) in modelli di epilessia. M 36.
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Testo inglese
The project is organized in 10 scientific Work-Packages (WP), each of which is further subdivided in specific tasks, as outlined below. A detailed description of the
scientific programs related to each WP is provided in the model B of the PI responsible for that WP. A Gant chart of the Milestones and one of the Deliverables are
attached.
WP1.
Analisis and pharmacological regulation of BDNF mRNA splice variants: a spatial and quantitative code for hippocampal neurogenesis. WP LEADER: RU1-UniTS.
TASKS
T1.1. Role of BDNF variants in the wiring of newborn DG neurons.
T1.2. Pharmacological profile of BDNF variants translation.
T1.3. Pharmacological profile of BDNF mRNA trafficking.
T1.4. Treat various animal models of diseases.
MILESTONES
M1.1. Role of BDNF variants in the wiring of newborn DG neurons. Month (M) 24.
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M1.2. Quantitative data of the effects on BDNF translation of dopamine, serotonin, aceticoline, AMPA, NMDA and metabotropic glutamate, norepinephrine receptors
as well as for the neurotrophins NGF, BDNF, NT3 and NT4. M 18.
M1.3. Pharmacological profile of BDNF mRNA trafficking. M 36.
M1.4. Expression and localization of BDNF isoforms in the brain of the animal models of Alzheimer's disease, stress-related disorders, autism and epilepsy. M 36.
DELIVERABLES
D1.1. Vectors expressing sense antisense BDNF exons. Month (M) 12.
D1.2. Pharmacological profile of BDNF variants translation. M 18.
D1.3. Pharmacological profile of BDNF variants trafficking. M 24.
D1.4. Expression pattern of BDNF variants animal models. M 36.
WP2.
Mechanisms implicating BDNF activity in the control of maturation and functional integration of newly generated neurons in the adult brain. WP LEADER:
RU2-UniBO.
TASKS
T2.1. Role of BDNF receptors TrkB and p75NTR on the acquisition of newborn neurons morphology.
T2.2. Gene promoter methylation, histone modifications and related gene expression of BDNF and neurotrophin receptors TrkB and p75 in neuronal progenitors
differentiating into the terminal neuronal phenotype.
T2.3. Role of TrkB signaling on continuous generation and integration of newborn neurons during life span.
T2.4. Role of TrkB in enabling newborn neurons to sense neuronal activity of the pre-existing network.
T2.5 Functional recruitment of newborn neurons into behaviourally relevant circuits.
MILESTONES
M2.1. Generation and validation of TrkB Glast/CreERT2 Zeg muose line. Month (M) 12.
M2.2. Generation and validation of p75NTR Glast/CreERT2 Rosa muose line. M 24.
M2.3. Generation and validation of Munc18 Glast/CreERT2 muose line Rosa. M 24.
M2.4. Purification precursor cells from TrkB Glast/CreERT2, p75NTR Glast/CreERT2 and Munc18/Glast/CreERTE muose lines. M 12.
DELIVERABLES
D2.1. Description of the effect of TrkB or p75NTR deletion on newborn neurons morphology in DG and OB. Month (M) 24.
D2.2. Description of the effect of epigenetic changes during specific newborn neurons differentiation. M 24.
D2.3. Description of the effect of TrkB or p75NTR deletion on continuous neurogenesis. M 36.
D2.4. Description of the effect of TrkB or p75NTR deletion on active and passive electrical properties of newborn neurons. M 24.
D2.5. Description of the effect of Munc-18 deletion on newborn neurons. M 36.
WP3.
Role of BDNF and Synapsins on adult neurogenesis in animal models of epilepsy. WP LEADER: RU3-UniGE.
TASKS
T3.1. In vivo study of the functional role of BDNF and SYNs on the neurogenesis in animal models of epilepsy.
T3.2. Effects of the BDNF on the modulation of LTP at the dentate gyrus in SYN KO mice.
T3.3. In vitro characterization of the functional role of BDNF on the development of neuronal precursors in SYN KO mice.
MILESTONES
M3.1. Design and validation of a shRNA viral system for the specific silencing of TrkB in neuronal precursors. Month (M) 8.
M3.2. Stereotaxic injection of shRNA in adult dentate gyrus and validation of the in vivo silencing. M 12.
M3.3. Design of PDMS stamps for microcontact printing. M 10.
DELIVERABLES
D3.1. Quantification of neurogenesis parameters in hippocampal dentate gyrus of SYN KO mice before and after the onset of epileptic phenotype, in presence/absence
of BDNF signaling. Month (M) 24.
D3.2. Morphological analysis of newborn neurons in the dentate gyrus of the above experimental models. M 24.
D3.3. Molecular characterization of neuronal precursors in hippocampal dentate gyrus of SYN KO mice before and after the onset of epileptic phenotype, in
presence/absence of BDNF signaling. M 24.
D3.4. Description of the BDNF effect on LTP in newborn neurons of SYN KO mice. M 18.
D3.5. Characterization of the effects of BDNF on the neurite growth of cultured neuronal precursors from SYN KO mice. M 30.
D3.6. Molecular characterization of the effects of BDNF on cultured SYN KO neuronal precursors. M 24.
WP4.
Structural and functional studies of BDNF and proBDNF and their interactions with TrkB, p75NTR and sortilin. WP LEADER: RU4-SNS.
TASKS
T4.1. Cloning, Expression and Purification of BDNF, proBDNF and V66M proBDNF.
T4.2. Biophysical and Biochemical Characterization of BDNF, proBDNF and V66M proBDNF.
T4.3. Analysis of proteolytic maturation process of proBDNF and V66M proBDNF.
T4.4. Structural characterization of BDNF, proBDNF and V66M proBDNF.
MILESTONES
M4.1. Cloning, expression, refolding and purification of human proBDNF and V66M proBDNF and 15N/13C/2H labelled human proBDNF and V66M proBDNF.
Proteolytic cleavage and purification of human BDNF and of 15N/13C/2H labelled human BDNF. Month (M) 12.
M4.2. Biophysical and biochemical characterization of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF. Concentration dependence effects of the biophysical and
biochemical properties of the proteins: oligomerization. Influence/effects of Zn2+ and Cu2+ ions. M 24.
M4.3 Characterization by time-resolved proteolytic degradation coupled to EI-MS and/or NMR of the maturation/degradation processes of proBDNF and V66M
proBDNF by different proteolytic enzymes (MMPs, tPA/plasmin, trypsin, furin, triptase) and the influence of Zn2+ and Cu2+ ions. M 24.
M4.4. Synchrotron radiation SAXS studies in solution (in absence and in presence Zn2+ and Cu2+ ions ) of BDNF, proBDNF, V66M proBDNF. M 36.
M4.5. High resolution solution studies of BDNF, proBDNF and V66M proBDNF by NMR in absence and in presence of Zn2+ and Cu2+ ions. M 36.
M4.6. Atomic level description of the BDNF structure and of the Zn2+ and Cu2+ adducts by single crystal synchrotron radiation X-ray diffraction. M 36.
DELIVERABLES
D4.1. Cloning, heterologous expression, in vitro refolding and purification of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF. Month (M) 12.
D4.2. Biophysical characterization of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF. M 18.
D4.3. Elucidation of the process of maturation/degradation of proBDNF and V66M proBDNF to mature BDNF by enzymatic proteolytic cleavage with MMPs,
tPA/plasmin, trypsin, furin and triptase. Influence on the process of Zn2+ and Cu2+. M 24.
D4.4. Structural characterization in solution by SAXS, in the absence/presence of Zn2+ and Cu2+, of human BDNF, proBDNF and V66M. M 36.
D4.5. High resolution structural characterization in solution of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF by NMR in the absence/presence of Zn2+ and Cu2+. M
36.
D4.6. High resolution crystal structures of BDNF in absence/presence of Zn2+ and Cu2+ by synchrotron radiation X-ray crystallography. M 36.
WP5.
Transgenic manipulations of BDNF in the short-lived fish N. Furzeri. WP LEADER: RU4-SNS.
TASKS
T5.1. Transgenic enhancement of BDNF expression.
T5.2. Effects of enhanced BDNF on life-history traits.
MILESTONES
M5.1. Generation of the first genetic model (miR124-BDNF). Month (M) 12.
M5.2. Analysis of the first genetic model, generation of the second genetic model (Gal4-BDNF). M 24.
M5.3. Analysis of the second genetic model. M 36.
DELIVERABLES
D5.1. Driver lines miR124-CRE-ERT2 and responder line ubi-BDNF. Cloning of the BDNF locus in N. Furzeri. Month (M) 6.
D5.2. F1 individuals generated by crossing of miR124-CRE-ERT2 x ubi-BDNF. M 12.
D5.3. Driver lines miR124-GAL4 and responder line UAS-BDNF. M 18.
D5.4. Analysis of phenotypes of F1 individuals generated by crossing of miR124-CRE-ERT2 x ubi-BDNF. M24.
D5.5. F1 individuals generated by crossing of miR124-GAL4 X UAS-BDNF. M 24.
D5.6. Analysis of phenotypes of F1 individuals generated by crossing miR124-GAL4 X UAS-BDNF. M 36.
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WP6.
BDNF and Rett Syndrome. WP LEADER: RU4-SNS
TASKS
T6.1. Does FOXG1 mutation induces changes in BDNF expression?
T6.2. Intranasal delivery of BDNF to RTT mouse models.
T6.3 Delivery of MABs secreting BDNF and NGF to to Foxg1 +/- and to MeCP2 -/y mice.
T6.4. Production and validation of mutant human BDNF.
MILESTONES
M6.1. Validation of BDNF as FOXG1 target. Month (M) 12.
M6.2. Production of mutant hBDNF and validation for its neurotrophic activity and decreased PLC-1 gamma and ERks signaling in vitro. M 24.
M6.3. Assessment of the efficacy of the treatment of MeCP-/y and/or FOXG1 +/- mice with intranasal BDNF. M 30.
M6.4 Assessment of the efficacy of the treatment of MeCP-/y and/or FOXG1 +/- mice with BDNF secreting MABs. M 36.
DELIVERABLES
D6.1. Validation of BDNF as FOXG1 target. Month (M) 12.
D6.2. A panel of BDNF mutants validated for their differential activation of TrkB signaling. M 30.
D6.3. Morphological and biochemical analysis of RTT mice treated with BDNF, by various approaches. M 36.
WP7.
Neuroprotection by BDNF in Alzheimer disease (AD). WP LEADER: RU5-UniAQ.
TASKS
T7.1. Effects of BDNF on synaptic function.
T7.2. BDNF effects and synaptic dysfunction induced by Abeta.
T7.3. Effects of intra-nasal delivery of BDNF in murine models of AD.
T7.4. Effects of PACAP treatments in murine models of AD.
T7.5. Effects of fluoxetine treatment in murine models of AD.
MILESTONES
M7.1. Doses of BDNF that regulate LTP without affecting synaptic transmission in EC. Month (M) 12.
M7.2. Demonstration that BDNF prevents synaptic dysfunction induced by Abeta in EC. M 18.
M7.3. Demonstration that BDNF intra-nasal delivery prevents Abeta toxicity in AD murine models. M 24.
M7.4. Demonstration that PACAP treatments prevent Abeta toxicity in AD murine models. M 30.
M7.5. Demonstration that fluoxetine pharmacological treatment prevents Abeta toxicity in AD murine models. M 36.
DELIVERABLES
D7.1. Description of the rhBDNF and mutant BDNF (R100) effects on synaptic function in EC. Month (M) 6.
D7.2. Description of the rhBDNF and mutant BDNF effects on synaptic dysfunction induced by oligomeric synthetic Abeta42. M 12.
D7.3.Description of rhBDNF and mutant BDNF effects on synaptic dysfunction induced by increasing Abeta level in EC of AD murine models. M 18.
D7.4. Description of intra-nasal delivery effects of rhBDNF and mutant BDNF on synaptic dysfunction, cognitive deficits and pathophysiological changes induced by
Abeta in AD murine models. M 24.
D7.5. Description of PACAP38 effects on synaptic dysfunction, cognitive deficits and pathophysiological changes induced by Abeta in AD murine models. M 30.
D7.6. Description of fluoxetine effects on synaptic dysfunction, cognitive deficits and pathophysiological changes induced by Abeta in AD murine models. M 36.
WP8.
Epigenetic analysis of a gene-environment animal model of neuropsychiatric disorders carrying the human val66met human polymorphism. WP LEADER:
RU6-UniMI.
TASKS
T8.1. CSC chronic psycho-social stress paradigm.
T8.2. ChIP-Seq epigenetic analysis of BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice subjected to CSC (GxE model).
T8.3. Multiple loci and gene-specific methylation analysis, using MeDIP-Seq technique.
T8.4. Bioinformatic analysis of data. Identification of annotated islands; identification of gene networks, major biological functions and cellular processes involved.
T8.5. Targeted validation of genes/protein expression in hippocampus.
T8.6. Identification of morphological and functional consequences of epigenetic changes in hippocampus.
MILESTONES
M8.1. Trait-associated differential epigenetics & gene expression of BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice (±CSC). Month (M) 24.
M8.2. Targeted validated genes/proteins with differential epigenetic markings. M 36.
M8.3. Morphological and functional modifications in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice (±CSC). M 36.
DELIVERABLES
D8.1. Mapping of islands relative to modified H3 histone along the genome of hippocampi in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice. Complete lists of islands
mapped to promoter regions of annotated genes. Month (M) 24.
D8.2. Mapping of islands relative to modified H3 histone along the genome of hippocampi in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice with CSC. Complete lists of
islands mapped to promoter regions of annotated genes. M 24.
D8.3. Gene networks, major biological functions and cellular processes involved (IPA analysis). Complete processed epigenetic data. M 30.
D8.4. List of targeted validated genes with differential epigenetic markings in hippocampus, associated with the BDNFVal/Val and BDNFMet/Met genotypes
(±CSC). M 36.
D8.5. List of targeted validated proteins with differential epigenetic markings in hippocampus, associated with the BDNFVal/Val and BDNFMet/Met genotypes
(±CSC). M 36.
D8.6. Morphological analysis of HPC neurons in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met, ±CSC. Analysis of the expression of proteins involved in dendrite maintenance
in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met mice, ±CSC. M 36.
WP9.
Role of BDNF in the development of the GABAergic system in Engrailed-2 knockout mice, a model for autism spectrum disorders. WP LEADER: RU7-CNR.
TASKS
T9.1. Development of GABAergic system in En2-/- mice.
T9.2. Expression of BDNF mRNA and protein isoforms in En2-/- brains.
T9.3. BDNF overexpression and maturation of GABAergic system in En2-/- mice.
MILESTONES
M9.1. Generation of En2-/- mutant mice expressing GFP-labelled interneurons. Month (M) 6.
M9.2. Demonstration of GABAergic system defects in En2-/- mice. M 12.
M9.3. Generation of En2-/- mutant mice overexpressing BDNF. M 18.
M9.4. Demonstration of differential expression of BDNF isoforms in the En2-/- brain. M 24.
M9.5. Demonstration of BDNF-mediated rescue of GABAergic system development in the En2-/- brain. M 36.
DELIVERABLES
D9.1. En2-/- mutant mice expressing GFP-labelled interneurons. Month (M) 6.
D9.2. Description of GABAergic system development in En2-/- mice. M 12.
D9.3. En2-/- mutant mice overexpressing BDNF. M 18.
D9.4. Description of differential expression of BDNF isoforms in the En2-/- brain. M 24.
D9.5. Description of the effects of the BDNF on GABAergic system development in En2-/- mice. M 36.
D9.6. Description of the effects of the BDNF on autistic-like behaviours in En2-/- mice. M 36.
WP10.
BDNF and epilepsy. WP LEADER: RU8-UniFE.
TASKS
T10.1. Splice variant-dependent effects of BDNF in epileptogenesis.
T10.2. BDNF-activated signaling pathways and epileptogenesis.
T10.3. BDNF-mediated modulation of neurogenesis: implication for epileptogenesis.
T10.4. Delivery of BDNF in the epileptogenic area.
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T10.5. BDNF-mediated support to embryonic-like cells grafted into the epileptogenic brain.
MILESTONES
M10.1. Construction and validation of vectors expressing constructs with antisense BDNF exons VI and I. Month (M) 18.
M10.2. Demonstration of lesion-dependent homing of MABs in the brain. M 12.
M10.3. Preparation of a replication defective HSV vector expressing the genes necessary for cell retrodifferentiation, i.e. production of iPS cells. M 8.
M10.4. Production of murine iPS cells. M 15.
DELIVERABLES
D10.1. Description of the effects in vitro of vectors expressing antisense BDNF exons VI and I. Month (M) 24.
D10.2. Description of the effects in epilepsy models of vectors expressing antisense BDNF exons VI and I. M 36.
D10.3. Description of the effects of the BDNF R100 mutant in epilepsy models. M 24.
D10.4. Description of the effects of MABs in epilepsy models. M 24.
D10.5. Description of the effects of combined cell and gene therapy in epilepsy models. M 36.
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13 - Ruolo di ciascuna unità operativa in funzione degli obiettivi previsti e relative modalità di
integrazione e collaborazione
Testo italiano
Il progetto coinvolge 8 UR ed è organizzato in 11 WP, 10 scientifici e 1 di management, ciascuno dei quali diretto da una UR. La descrizione dettagliata del
programma scientifico ed il ruolo di ciascuna UR nei vari WP si trova nel modello B del responsabile di WP. Qui sotto, forniremo alcune informazioni aggiuntive
sulle collaborazioni più rilevanti all'interno del network.
In allegato si trova un diagramma di Pert che riassume le interazioni fra le UR (le collaborazioni esterne sono descritte nella sezione 16). In sintesi, il progetto consiste
di una parte di ricerca di base in cui verranno studiati e caratterizzati vari aspetti della fisiologia di BDNF (epigenetica, processing dell'mRNA, struttura, signaling,
modulazione della neurotrasmissione e della neurogenesi) ed i sistemi per il delivery selettivo in aree cerebrali lesionate. Come mostrato nel diagramma, varie UR,
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interagendo fra loro, saranno responsabili dello studio di questi aspetti. Questa parte del progetto fornirà informazioni che potranno essere implementate nella parte
applicativa, in cui sarà studiato il coinvolgimento di BDNF in importanti malattie neuropsichiatriche (epilessia, Alzheimer, stress, Rett, autismo, disordini dell'umore).
Infine, tutte le UR parteciparanno al WP11 (Management e disseminazione), che è descitto in fondo a questa sezione. Il coordinatore (UR8-UniFE) sarà responsabile
del WP11.
UR1-UniTS e WP1.
Collaborazione con UR8-UniFE per l'attività T1.1 (Ruolo delle varianti BDNF nell'integrazione dei neuroni che si sviluppano dalle cellule progenitrici del DG).
Saranno progettati short-hairpin interfering RNA (shRNA) per silenziare le varianti specifiche del BDNF. In collaborazione con UR8-UniFE, gli shRNAs e le varianti
5'UTR (più la regione codificante) saranno clonati in vettori herpes virus, rispettivamente, per la riduzione o la sovraespressione delle varianti di BDNF.
Collaborazione con UR6-UniMI, UR7-CNR e UR8-UniFE per l'attività T1.2 (Profilo farmacologico della traduzione delle varianti di BDNF). L'analisi delle principali
componenti della macchina traslazionale sarà effettuata mediante immunoistochimica massiva utilizzando un robot automatico (Dako-Autostainer) su sezioni di
cervello di animali con epilessia (UR8-UniFE), con autismo causato dal knock-out del gene Engrailed EN2 (UR7-CNR) e con stress sociale cronico in topi recanti la
mutazione umana V66M del BDNF (UR6-UniMI). Quest'ultimo esperimento sarà focalizzato in particolare su quelle proteine della macchina traslazionale che
risulteranno alterate nell'analisi epigenetica effettuata da UR6-UniMI.
Collaborazione esterna con Carlos Duarte, Coimbra, Portogallo per l'attività T1.3 (Profilo farmacologico del traffico delle varianti di BDNF). Attraverso una analisi
bioinformatica abbiamo identificato diverse putative sequenze di legame per RNA-binding proteins (RNA-BP). Il nostro collaboratore esterno ha isolato mediante un
approccio di proteomica 15 altri candidati che possono legare l'mRNA di BDNF. Proponiamo di silenziare sistematicamente ogni RNA-BP candidata mediante
interfering-RNA e di testare gli effetti sul traffico dendritico dell'mRNA di BDNF. Quando una proteina RNA-BP viene identificata, il legame alla sequenza di
riconoscimento nell'mRNA di BDNF sarà confermato mediante saggi di legame ed Electrophoretic Mobility Shift Assay.
Collaborazione con UR6-UniMI, UR7-CNR e UR8-UniFE per l'attività T1.4 (Trattamento dei vari modelli animali di patologie). Si effettueranno studi di
ibridizzazione in situ per rilevare la localizzazione di tutte le varianti di splicing del BDNF mRNA in sezioni di cervello di topo a confronto Val/Val di alleli Met/Met
dopo stress sociale cronico (UR6-UniMI), in topi EN2-/- (UR6-CNR) o in ratti trattati con iniezione intraperitoneale di pilocarpina o soluzione salina (UR8-UniFE),
secondo protocolli stabiliti (Tongiorgi et al., 2004).
UR2-UniBO e WP2.
Cinque collaborazioni internazionali ed una nazionale sono parte di questo WP. La prima è con Magdalena Götz del Department of Physiological Genomics,
Ludwig-Maximilians-Universität (München, Germany), per la generazione di topi TrkB GLAST/Cre ERT2 e vettori retro/lentivirali (Tasks T2.1.1-3; T2.4). La
seconda è con Brian Piechala del Department of Biologic and Materials University of Michigan (USA), per la generazione di topi p75NTR GLAST Cre ERT2
(T2.1.1-3; T2.4). La terza è con Paola Arlotta del Department of Stem Cell and Regenerative Biology, Harvard University (Boston, USA), sul ruolo di p75NTR nello
sviluppo della corteccia cerebrale (T2.1.3). La quarta con Gerd Kempermann del Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD) Technische Universität Dresden
(Germany), per la purificazione di cellule staminali dall'ippocampo adulto (T2.1.3; 2.4) e l'uso di un test di Morris water maze modificato (T2.4). La quinta è con Tim
Bussy del Department of Experimental Psychology, Behavioural and Clinical Neuroscience Institute (UK), sull'analisi della separzione dei pattern funzionali (T2.4).
L'ultima con Laura Cancedda della Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), per la generazione di “stripe cultures” per studi di polarità in vitro (T2.1.3).
UR3-UniGE e WP3.
Collaborazione con UR2-UniBO, per la task T3.1 (Studio in vivo del ruolo funzionale del BDNF e delle SYNs sulla neurogenesi in modelli animali di epilessia). Per
ottenere la delezione specifica del recettore TrkB nei progenitori neuronali inietteremo, mediante chirurgia stereotassica nel giro dentato del topo, un retrovirus
codificante la “green fluorescent protein” (GFP) e un shRNA per TrkB sotto il controllo del promotore BLBP specifico per la glia radiale.
Collaborazione con UR8-UniFE per la task T3.1 (Studio in vivo del ruolo funzionale del BDNF e delle SYNs sulla neurogenesi in modelli animali di epilessia).
Analizzeremo il ruolo del BDNF in vari aspetti della neurogenesi nell'adulto in modelli animali di epilessia. In particolare analizzeremo il ruolo di questa neurotrofina
prima e dopo l'esordio del fenotipo epilettico.
Collaborazione esterna con IIT per la task T3.2 (Effetti del BDNF sulla modulazione dell'LTP nel giro dentato dei topi SYN KO). Lo studio dell'LTP su fettine
ippocampali da topi WT e SYN KO, trattate in acuto o in cronico con BDNF o soluzione fisiologica, sarà utile per sottolineare potenziali alterazioni biofisiche
dell'LTP dei “newborn neurons.”
UR4-SNS e WP4-6.
WP4 - Clonaggio, espressione e purificazione, interazione molecolare del proBDNF, BDNF, proBDNF V66M con i recettori TrkB, p75 e sortilina (T4.1),
caratterizzazione biochimica, biofisica e loro interazione con Zn2+ and Cu2+ (T4.2) saranno studiati tramite tecniche di spettroscopia, analitiche e biochimiche in
collaborazione con IC-CNR, UOS Trieste , EBRI e il National Institute of Medical Research (Londra). L'analisi della maturazione proteolitica del proBDNF e del
proBDNF V66M a BDNF maturo sarà effettuata in collaborazione con IC-CNR, UOS Trieste e il National Institute of Medical Research per individuare i siti
protelitici e determinare l'attività delle metallo proteasi (T4.3). Infine, la caratterizzazione strutturale sarà eseguita tramite una collaborazione fra UR4-SNS, IC-CNR,
UOS Trieste e EBRI, ai fini di acquisire informazioni sulla struttura intrinsecamente disordinata di proBDNF e proBDNF V66M (T4.4).
WP5 - Le conseguenze della sovraespressione del BDNF per tutta la durata della vita saranno studiate attraverso manipolazioni transgeniche del gene del BDNF nel
pesce a vita breve N. Furzeri (T4.1) in collaborazione con la Stanford University School of Medicine e il Leibniz Institut für Altersforschung. Le conseguenze della
sovraepsressione del BDNF saranno valutate tramite l'analisi di marcatori dell'invecchiamento, in collaborazione con il Leibniz Institut für Altersforschung (T4.2).
WP6 - Lo studio del BDNF nella Sindrome di Rett (RTT) sarà eseguito da UR4-SNS in collaborazione con l'Istituto di Neuroscienze del CNR di Pisa. Sarà valutata
l'espressione del mRNA del BDNF in diverse aree cerebrali di modelli murini di RTT (T6.1) e, per ottenere la reversione del fenotipo, sarà somminsitrato BDNF per
via intransale (T6.2) o per via sistemica usando mesoangioblasti (MAB) ingegnerizzati a secernere BDNF (T6.3). Infine, sarà prodotto e validato un BDNF mutante
caratterizzato da una ridotta attività epilettogenica, tramite una collaborazione tra UR4-SNS e EBRI (T6.4); l'affinità del BDNF mutante per i recettori TrkB, p75 e
sortilina sarà studiata tramite Risonanza Plasmonica di Superficie. Le proprietà neuronotrofiche saranno analizzate valutando in vitro la trasduzione del segnale di
TrkB e p75 e la sopravvivenza di cellule NIH-3T3 che esprimono TrkB o neuroni ippocampali (T6.4).
UR5-UniAQ e WP7.
Collaborazione con UR4-SNS: UR4-SNS produrrà e fornirà rhBDNF e BDNF mutante (R100) per i tasks T7.1 (Effetti di BDNF sulla funzione sinaptica) e T7.2
(Effetti di BDNF e disfunzione sinaptica indotta da Abeta). La UR4-SNS ha dimostrato in precedenza che la somministrazione intranasale è un metodo efficace e
sicuro per indirizzare proteine ricombinanti al sistema nervoso centrale. In collaborazione con UR4-SNS (T7.3, Effetti della somministrazione intra-nasale di BDNF in
modelli murini di AD) valuteremo gli effetti della somministrazione intranasale di rhBDNF e BDNF mutante (R100) su disfunzione sinaptica, difetti cognitivi e
cambiamenti patofisiologici in modelli murini di AD.
Collaborazione con UR1-UniTS e UR6-UniMI per i tasks T7.1 (Effetti di BDNF sulla funzione sinaptica) e T7.2 (Effetti di BDNF sulla disfunzione sinaptica indotta
da Abeta). In collaborazione con con UR1-UniTS e UR6-UniMI studieremo la funzione sinaptica (trasmissione sinaptica e plasticità) nella EC di topi Tg BDNF
Val66Met (modello murino di polimorfismo genetico umano BDNF Val/66Met). Una diminuzione significativa della secrezione regolata di BDNF è stata osservata
nei topi Tg Val66Met (Chen et al., 2006); poiché la maggior parte di BDNF viene rilasciata dai neuroni attraverso la via secretoria regolata, sarà interessante
caratterizzare la funzione sinaptica nella EC di questi topi transgenici.
UR6-UniMI e WP8.
Collaborazione con UR1-UniTS e UR7-UniAQ per le task T7.1 (Effetti di BDNF sulla funzione sinaptica), T7.2 (Effetti di BDNF e disfunzioni sinaptiche indotte da
Abeta) e T8.6 (Identificazione delle conseguenze morfologiche e funzionali delle modificazioni epigenetiche in ippocampo). I topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met
saranno sottoposti al paradigma di stress psicosociale CSC da parte di UR6-UniMI. Parte degli animali verranno utilizzati anche dall'UR7-UniAQ per gli studi di
elettrofisiologia in fettine di corteccia entorinale (T7.1 e T7.2) e dall'UR1-UniTS per l'analisi delle modificazioni morfologiche e funzionali in neuroni (T8.6).
Collaborazione internazionale con il Prof. Lee (Cornell University di New York, USA), che fornirà la linea di topi transgenici BDNF Val66Met.
UR7-CNR e WP9
Collaborazione con UR1-UniTS per il task T9.2 (Espressione delle isoforme di BDNF nel cervello dei topi En2-/-). La UR1-UniTS fornirà primers per RT-PCR,
sonde per ibridazione in situ e protocolli sperimentali. UR1-UniTS ha una lunga e solida esperienza nello studio dell'espressione delle isoforme di BDNF mRNA e
proteina in modelli animali di neuropatologie (Tongiorgi et al., 2004).
UR8-UniFE e WP10
In questo progetto sono previste due collaborazioni internazionali. La prima è con Joseph C. Glorioso e Paola Grandi, della University of Pittsburgh Medical Center,
USA, e si focalizza sull'ottenimento di vettori virali basati su Herpes simplex virus 1 (HSV-1) (task T10.1 e T10.5). La seconda è con Giulio Cossu, dell'University
College di Londra, Regno Unito, e si basa sulla produzione di MAB (task T10.4).
Joe Glorioso e Paola Grandi supervisioneranno la progettazione e l'ingegnerizzazione dei vettori HSV. Si prevede la generazione di due tipi di vettori: uno (T10.1) che
esprime due diverse varianti di splicing dell'mRNA di BDNF in antisenso, l'altro (T10.5) esprimente i geni di Yamanaka che sono in grado di retro-differenziare
cellule adulte in cellule embrionali. Entrambi i tipi di vettore saranno basati su un backbone virale defettivo nella replicazione, in cui diversi geni precocissimi,
essenziali per la replicazione virale, vengono deleti. Alcuni di questi backbone virali sono già disponibili nel laboratorio del proponente, gli altri si trovano a
Pittsburgh. Joe e Paola mettereranno questi ultimi a disposizione della UR8-UniFE e di tutto il network di questo progetto.
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Giulio Cossu fornirà diverse linee di MAB esprimenti costitutivamente geni reporter (come eGFP) che permettono la loro identificazione ex vivo dopo
somministrazione periferica. Queste linee cellulari saranno essenziali per dimostrare che i MAB possono localizzarsi selettivamente nell'area di lesione epilettogena
(T10.4).
WP11.
Management e dissemination. LEADER: UR8-UniFE.
TASKS
T11.1. Organizzazione di project meetings: kick-off meeting (a Ferrara); 1° meeting annuale (a Milano), 2° meeting annuale (a Pisa), meeting finale (a Bologna).
Organizzazione di teleconferenze via web bi-mensili tra tutti i partner. Il coordinatore supervisionerà queste attività.
T11.2. Amministrazione del contributo finanziario, a capo di ogni partner.
T11.3. Aspetti giuridici e amministrativi. Il coordinatore garantirà il rispetto delle norme amministrative e delle leggi da parte dei partner.
T11.4. Definizione di un programma dettagliato di divulgazione. Il coordinatore organizzerà un piano di disseminazione del progetto nel corso dei primi 9 mesi. Gli
obiettivi principali del piano di disseminazione saranno: identificare i gruppi target e la strategia migliore per raggiungere ciascun gruppo target; impostare le regole
per la divulgazione: quali informazioni e fino a che livello è necessaria la divulgazione.
T11.5. Creazione e mantenimento del sito web del progetto: entro i primi 6 mesi, un sito web sarà progettato e realizzato. L'eventuale finanziamento Prin sarà
segnalato. Ogni partner contribuirà a fornire il contenuto scientifico del sito, che sarà aggiornato regolarmente. Il sito web sarà utilizzato sia per la disseminazione che
come uno strumento di gestione interna, mediante la creazione di un'area riservata accessibile solo ai partners.
T11.6. Relazione finale. Il coordinatore, UR8-UniFE, garantirà la preparazione del rapporto finale comprendente una sintesi dello stato di avanzamento dei lavori
attraverso i vari obiettivi, un elenco dei deliverables e delle milestones raggiunte durante il periodo e la descrizione dei costi.
DELIVERABLES
D11.1. Web-site. Mese 6.
D11.2. Relazione finale. Mese 36.
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Testo inglese
The project includes 8 RU and is organized in 11 Work-Packages (WP), 10 scientific and 1 for the management, each of which is directed by a specific RU. A detailed
description of the scientific programs related to each WP is provided in the model B of the PI responsible for that WP, where the role of each RU in the project can be
clearly identified. Here, we will provide some additional information related to the key collaborations within the network.
A Pert diagram is attached that summarizes the interactions between the RU (the external collaborations are described below but are not in the diagram). Essentially,
the project will consist of a basic research part, in which various aspects of the physiology of BDNF (genetics, mRNA processing, structure, signaling, modulation of
neurotransmission and of neurogenesis), as well as new strategies for the selective delivery in lesion brain areas, will be explored and characterized. Different RUs
will be responsible for different aspects of this work, interacting with each other, as shown in the diagram. This part of the project will provide fundamental
information to be implemented in a applied research part, in which the implication of BDNF will be explored in major neuropsychiatric disorders (epilepsy,
Alzheimer, stress, Rett, autism, mood disorders).
Additionally, all RU will participate in WP11 (Management and dissemination) that is described at the end of this section. The coordinator (RU8-UniFE) will be
responsible for WP11.
RU1-UniTS and WP1.
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Collaboration with RU8-UniFE for task T1.1 (The role of BDNF variants in the wiring of newborn DG neurons). Interfering short hairpin RNAs will be designed to
silence specific BDNF variants. In collaboration with RU8-UniFE, shRNAs and 5'UTR variants (plus the coding region), will be cloned into Herpes Virus vectors for
downregulation or overexpression, respectively, of the different BDNF variants.
Collaboration with RU6-UniMI, RU7-CNR and RU8-UniFE for task T1.2 (The pharmacological profile of BDNF variants translation). An analyisis of the major
components of the translational machinery will be carried out by massive immunohistochemistry using an automated robot (Dako-Autostainer) on brain sections from
animals with epilepsy (RU8-UniFE), autism caused by knock-out of the Engrailed gene in En2-/- transgenic mice (RU7-CNR) and mice bearing the BDNF mutation
V66M and undergoing chronic social-stress (RU6-UniMI). The latter experiment will be focused in particular on those proteins of the translational machinery that will
result altered in the epigenetic analysis carried out by RU6-UniMI.
External collaboration with Carlos Duarte, Coimbra, Portugal for task T1.3 (The pharmacological profile of BDNF mRNA trafficking). Through a bioinformatic
analysis we have identified several putative binding sequences for RNA-binding proteins (RNA-BPs) and this external collaborator has isolated by proteomic
approach 15 other BDNF mRNA binding candidates. We will systematically silence each RNA-BP candidate by specific interfering-RNA and test the effects on
dendritic trafficking of BDNF mRNA. When a candidate RNA-BP is identified, binding to the cognate sequence in the BDNF mRNA will be confirmed by
Electrophoretic Mobility Shift Assay and binding assays.
Collaboration with RU6-UniMI, RU7-CNR and RU8-UniFE for task T1.4 (Treat various animal models of diseases in collaboration with all Units). We will carry out
in situ hybridization studies to detect the localization of all endogenous BDNF mRNA splice variansts in mouse brain sections comparing Val/Val to Met/ Met alleles
following chronic social stress (RU6-UniMI), or En2-/- mice (RU6-CNR) or in rats treated with intraperitoneal injection with 300 mg/Kg pilocarpine or saline
(RU8-UniFE) according to previously established protocols (Tongiorgi et al., 2004).
RU2-UniBO and WP2.
Five international and one national collaborations are integrated in this WP. The first is with Magdalena Götz of the Department of Physiological Genomics,
Ludwig-Maximilians-Universität (München, Germany) and focuses on the generation of TrkB GLAST/Cre ERT2 mice and several retro/lentiviruses based vectors
(Tasks T2.1.1-3; T2.4). The second is with Brian Piechala of the Department of Biologic and Materials University of Michigan (USA) and focuses on the generation
of p75NTR GLAST Cre ERT2 (T2.1.1-3; T2.4). The third with Paola Arlotta of the Department of Stem Cell and Regenerative Biology, Harvard University (Boston,
USA) and focuses on the role of p75NTR in cortical development (T2.1.3). The fourth with Gerd Kempermann of Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD)
Technische Universität Dresden (Germany) and focuses on the purification of adult hippocampal stem cells (T2.1.3; 2.4) and the use of a modified water maze
analysis (T2.4). The fifth with Tim Bussy of the Department of Experimental Psychology, Behavioural and Clinical Neuroscience Institute (UK) and focuses on
functional pattern separation analysis (T2.4). The last with Laura Canceda of the Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) and focuses on the generation of
stripe cultures for in vitro polarity assessment (T2.1.3).
RU3-UniGE and WP3.
Collaboration with RU2, UniBO, for Task T3.1 (In vivo study of the functional role of the BDNF and SYNs on the neurogenesis in animal models of epilepsy). To
obtain the specific deletion of the receptor TrkB in the neuronal progenitors we will inject, through stereotaxic delivery into mouse dentate gyrus, a retrovirus
transducing the green fluorescent protein (GFP) and an shRNA for TrkB under the control of the radial glia specific BLBP promoter.
Collaboration with RU8-UniFE for task T3.1 (In vivo study of the functional role of the BDNF and SYNs on the neurogenesis in animal models of epilepsy). We will
analyze the role of BDNF in several aspects of adult neurogenesis in animal models of epilepsy. In particular we will analyze the role of this neurotrophin before and
after the onset of the epileptic phenotype.
External collaboration with IIT for T3.2 (Effects of the BDNF on the modulation of LTP at the dentate gyrus in SYN KO mice). The study of LTP by MEA on
hippocampal slices from WT and SYN KO mice, acutely or chronically treated with BDNF or physiological solution, will be useful to underlie potential biophysical
alterations of the LTP of the newborn neurons.
RU4-SNS and WP4-6.
WP4 - Cloning, expression and purification, molecular interaction of proBDNF, BDNF, proBDNF V66M with TrkB, p75 and sortilin receptors (T4.1), biochemical ,
biophysical characterization and their interaction with Zn2+ and Cu2+ (T4.2) will be studied by means of various spectroscopic, analytical and biochemical techniques
in collaboration with IC-CNR, UOS Trieste , EBRI and National Institute of Medical Research (London). The analysis of proteolitic maturation process of proBDNF
and proBDNF V66M to mature BDNF will be studied to map proteolitic sites and to assess the processivity of the matrix metallo proteases in collaboration with
IC-CNR, UOS Trieste and National Institute of Medical Research (T4.3). Finally, structural characterization will be performed in collaboration between SNS,
IC-CNR, UOS Trieste and EBRI to gain information on the intrinsically disordered proBDNF and proBDNF V66M (T4.4).
WP5 - Consequences of lifelong enhancement of BDNF expression will be studied by means of transgenic manipulation of BDNF gene in the ageing fish model
Notobranchius Furzeri (T4.1) in collaboration with Stanford University School of Medicine and Leibniz Institut für Altersforschung. The effect of the obtained
enhancement of BDNF will be characterized by means of analysis of aging markers (T4.2) in collaboration with the Leibniz Institut für Altersforschung.
WP6 - The study of BDNF and Rett Syndrome (RTT) will be performed by SNS, in collaboration with Institute of Neuroscience, Pisa. We will evaluate BDNF RNA
expression in various brain areas of murine models of RTT (T6.1) and, in order to rescue the RTT phenotype, we will administer BDNF via intranasal delivery (T6.2)
or via systemic delivery with mesangioblasts engineered to produce BDNF (T6.3). Finally, we shall perform the design and validation of a mutant BDNF with a
reduced epileptogenic activity in collaboration with SNS and EBRI (T6.4); the affinity properties of the mutant for TrkB, p75 and sortilin receptors will be studied by
means of surface Plasmon resonance. The neurotrophic properties will be assayed evaluating in vitro downstream TrkB and p75 cell survival well established
NIH-3T3 cells expressing TrkB or hippocampal primary neurons (T6.4).
RU5-UniAQ and WP7.
Collaboration with RU4-SNS: this RU will produce and provide rhBDNF and mutant BDNF (R100) for tasks T7.1 (Effects of BDNF on synaptic function), T7.2
(BDNF effects and synaptic dysfunction induced by Abeta). RU4-SNS has previously shown that intra-nasal delivery route may represent a safe and effective method
to target recombinant proteins to CNS. In collaboration with this unit (T7.3, Effects of intra-nasal delivery of BDNF in murine models of AD) we will evaluate effects
of intra-nasal delivery of rhBDNF and mutant BDNF (R100) on synaptic dysfunction, cognitive deficits and pathophysiological changes in AD murine models.
Collaboration with RU1-UniTS and RU6-UniMI for tasks T7.1 (Effects of BDNF on synaptic function) and T7.2 (BDNF effects and synaptic dysfunction induced by
Abeta). In collaboration with RU1 and RU6 we will investigate synaptic function (synaptic transmission and plasticity) in EC from Tg BDNF Val66Met mice a
murine model of human BDNF Val/66Met genetic polymorphism. Significant decrease in regulated secretion of BDNF in Tg Val66Met mice has been reported (Chen
et al., 2006); as the majority of BDNF is released from the regulated secretory pathway in neurons, it will be interesting to characterize synaptic function in the EC of
these Tg mice.
RU6-UniMI and WP8.
Collaboration with RU1-UniTS and RU7-UniAQ for tasks T7.1 (Effects of BDNF on synaptic function), T7.2 (BDNF effects and synaptic dysfunction induced by
Abeta) and T8.6 (Identification of morphological and functional consequences of epigenetic changes in hippocampus). BDNF Val/Val and BDNF Met/Met mice will
be subject to the CSC chronic psycho-social stress paradigm by this RU. Part of these mice will be used by RU7-UniAQ for the electophysiology studies of entorhinal
cortex slices (T7.1 and T7.2) and by UO1-UniTS for the analysis of morphological and functional changes in neurons (T8.6).
International collaboration with Prof. Lee (Cornell University, New York, USA). Prof. Lee will provide the BDNF Val66Met transgenic mice line.
RU7-CNR and WP9.
Collaboration with RU1-UniTS for task T9.2 (Expression of BDNF isofroms in the brain of En2-/- mice). RU1-UniTS will provide RT-PCR primers, in situ
hybridization probes and experimental protocols. RU1-UniTS has a long-standing expertise in the study of BDNF mRNA/protein expression in rodent models of brain
disorders (Tongiorgi et al., 2004).
RU8-UniFE and WP10.
Two international collaborations are envisaged in this project. The first is with Joseph C. Glorioso and Paola Grandi, of the University of Pittsburgh Medical Center,
USA, and focuses of the generation of Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) based vectors (Tasks T10.1 and T10.5). The second is with Giulio Cossu, of the University
College of London, United Kingdom, and focuses on the production of mesoangioblasts (MABs, Task T10.4).
Joe Glorioso and Paola Grandi will supervise the design and engineering of HSV vectors. We envisage the generation of two types of vectors: one (T10.1) expressing
two different BDNF mRNA splice variants in antisense; the other (T10.5) expressing the Yamanaka genes that retro-differentiate adult into embryonic-like cells. Both
vector types will be based on a replication-defective viral backbone, in which several immediate-early genes essential for viral replication are deleted. Some of these
vector backbones are already available in the lab of the proponent, others at Pittsburgh. Joe and Paola will make the latter available to this Research Unit and to the
network.
Giulio Cossu will provide different lines of MABs, constitutively expressing reporter genes (like eGFP) that will allow their identification ex vivo, after peripheral
administration. These lines will be instrumental in the attempt to demonstrate that MABs can selectively home in the lesion epileptogenic tissue (T10.4).
WP11.
Management and dissemination. WP LEADER: RU8-UniFE.
TASKS
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T11.1. Organisation of project meetings: kick-off meeting (in Ferrara); 1st annual meeting (in Milano); 2nd annual meeting (in Pisa); final meeting (in Bologna).
Organization of bi-monthly web-based teleconferences among all partners. The coordinator will supervise these activities.
T11.2. Administration of the financial contribution, in charge of each partner.
T11.3. Legal and administrative issues. The coordinator will ensure compliance of the partners with the administration rules and laws.
T11.4. Definition of a detailed dissemination plan. The coordinator will design a dissemination plan during the first 9 months of the project. The main goals of the
dissemination plan are: to identify the target groups and to identify the better vehicle to reach the each target; to set rules for the dissemination: what knowledge and to
what level is worth disseminating.
T11.5. Creation and maintenance of the project web-site: within the first 6 months, a project web-site will be designed and created. Prin funding will be outlined. Each
partner will contribute to provide the scientific content of the site, which will be updated regularly. The website will be used both as a dissemination and as an internal
management tool, by creating a reserved area accessible only to the partners.
T11.6. Final report. The coordinator, RU8-UniFE, will ensure preparation of the final report including a summary of the progress of the work towards the objectives, a
list of the deliverables and milestones achieved during the period and the description of costs.
DELIVERABLES
D11.1. Web-site. Month 6.
D11.2. Final report. Month 36.
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14 - Risultati attesi dalla ricerca, il loro interesse per l'avanzamento della conoscenza e le eventuali
potenzialità applicative
Testo italiano
I risultati che saranno ottenuti nell'ambito di questo progetto potranno contribuire a chiarire la biologia di BDNF ed il suo ruolo in importanti disordini neurologici, ed
anche ad identificare nuovi approcci per la modulazione del segnale BDNF e per il suo delivery in aree affette da patologia. Questi risultati, quindi, saranno utili allo
sviluppo di nuovi approcci terapeutici per la terapia di malattie neurologiche e psichiatriche. Qui sotto, forniamo una descrizione più dettagliata e specifica dei risultati
attesi nei vari WP.
WP1: Analisi e regolazione farmacologica delle varianti di splicing di mRNA di BDNF.
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Risultati attesi:
- Definizione del ruolo delle varianti BDNF nell'integrazione dei neuroni che si sviluppano dalle cellule progenitrici del DG.
- Sviluppo di un saggio cellulare innovativo per misurare gli effetti sulla traduzione del BDNF indotti da farmaci e ottenere il profilo farmacologico della traduzione
delle varianti di splicing del BDNF.
- Sviluppo di un test cellulare innovativo per misurare gli effetti sul traffico dell'mRNA di BDNF prodotti da farmaci e per ottenere il profilo farmacologico del
traffico dell'mRNA di BDNF.
- Definire l'espressione e la localizzazione delle isoforme di BDNF nel cervello di modelli animali della malattia di Alzheimer, dei disturbi legati allo stress,
dell'autismo e dell'epilessia, in collaborazione con altre unità di ricerca.
WP2: Meccanismi implicati nell'azione di BDNF sul controllo della maturazione e dell'integrazione funzionale dei neuroni neo-generati nel cervello adulto.
L'idea di questa parte del progetto è quella di studiare quali sono i requisiti essenziali per l'integrazione e la sopravvivenza dei neuroni neo-generati. Capiremo se la
continua neurogenesi è richiesta per il mantenimento e/o raffinamento dei circuiti neuronali esistenti nel bulbo olfattivo e nel giro dentato, e nei comportamenti legati
alla discriminazione degli odori, alla memoria ippocampo-dipendente ed al controllo dell'umore. Uno dei principali risultati attesi sarà comprendere il contributo dei
neuroni neo-generati al processamento dell'informazione da parte dell'ippocampo. Il disegno generale di questo progetto è quello di spiegare i meccanismi molecolari
che regolano l'azione di BDNF nella neurogenesi fisiologica, con l'obiettivo di capire in che modo prevenire le disfunzioni dei neuroni neo-generati nelle malattie
neurodegenerative.
WP3: Ruolo delle sinapsine (SYNs) e del BDNF sulla neurogenesi ippocampale.
Questa parte del progetto ci permetterà di raccogliere dati fondamentali per identificare possibili alterazioni alla base della patogenesi di uno o più fenotipi epilettici.
Inoltre, saremo in grado di fornire una possibile relazione tra causa e fenomeno patologico, nonchè eventualmente aprire la strada a studi per lo sviluppo di nuovi
approcci diagnostici e terapeutici contro l'epilessia.
WP4: Studi funzionali e strutturali di BDNF e proBDNF e loro interazioni con TrkB, p75 e sortilina.
Risultati attesi:
- purificazione di BDNF umano, proBDNF e V66M proBDNF e caratterizzazione dei loro parametri di binding con i recettori TrkB, p75 e Sortilina;
-caratterizzazione della struttura secondaria e terziaria di BDNF umano, proBDNF e V66M proBDNF e studio dei processi di oligomerizzazione con l'influenza di
cationi divalenti come Cu2+ and Zn2+;
- studio della degradazione proteolitica di proBDNF e V66M proBDNF a BDNF maturo con differenti enzimi proteolitici ed influenza di cationi divalenti come Cu2+
and Zn2+ in questo processo;
- valutazione di strutture cristallografiche a bassa risoluzione (SAXS) di BDNF, proBDNF e V66M proBDNF con o senza Cu2+ and Zn2+;
- descrizione a livello atomico della struttura di BDNF e di quella degli addotti di Cu2+ e Zn2+ mediante diffrazione di raggi X.
WP5: Manipolazione transgenica di BDNF nel pesce a vita breve Nothobranchius Furzeri.
Risultati attesi:
- saranno disponibili linee driver CRE ricombinasi e linee responder BDNF per clonare BDNF nel locus di N. furzeri;
- individui generati dall'incrocio delle linee driver con differenti linee responder per ottenere N furzeri overesprimente BDNF nel cervello o in particolari aree
cerebrali;
- analisi del fenotipo degli individui F1 di entrambe le linee transgeniche overesprimenti BDNF.
WP6: Coinvolgimento di BDNF in modelli murini della sindrome di Rett (RTT).
Risultati attesi:
- un insieme di mutanti di BDNF validati per la loro attivazione differenziale del signaling di TrkB;
- analisi biochimica e morfologica dei topi RTT trattati con BDNF mediante somministrazione esogena intranasale o sistemica con mesangioblasti ingegnerizzati a
produrre BDNF.
WP7: Ruolo neuroprotettivo di BDNF nella malattia di Alzheimer (AD).
Risultati attesi:
- regolazione dose-dipendente l'efficacia sinaptica nella EC da parte di BDNF, utilizzando differenti vie di trasduzione;
- differenti concentrazioni di rhBDNF e BDNF mutante prevengono i deficit di trasmissione sinaptica e plasticità causati da Abeta;
- il rilascio intranasale di BDNF previene disfunzione sinaptica in EC, deficit cognitivi e cambiamenti patofisiologici indotti da Abeta in modelli murini di AD;
- differenti trattamenti (intranasale vs. intraperitoneale) con PACAP38 prevengono disfunzione sinaptica in EC, deficit cognitivi e cambiamenti patofisiologici indotti
da Abeta in modelli murini di AD;
- il trattamento a lungo termine con fluoxetina previene disfunzione sinaptica in EC, deficit cognitivi e cambiamenti patofisiologici indotti da Abeta in modelli murini
di AD.
A causa del gran numero di pazienti affetti da AD e della mancanza di terapie in grado di rallentare/arrestare la neurodegeneazione senza interferire con la fisiologia
cerebrale, nuovi trattamenti basati sul BDNF potrebbero aprire nuovi orizzonti per la terapia.
WP8: Analisi epigenetica di un modello animale gene-ambiente per malattie neuropsichiatriche basato sul polimorfismo umano Val66Met di BDNF.
Ci si attende che l'analisi genome-wide proposta di questo modello GxE metterà in luce modificazioni regolate da meccanismi epigenetici nell'espressione e funzione
di geni chiave coinvolti nelle patologie associate a mutazioni di BDNF. Questi geni potrebbero essere marcatori di vulnerabilità genetica per malattie
neuropsichiatriche e per la risposta allo stress, e rappresentare nuovi bersagli farmacologici per lo sviluppo di terapie innovative.
Risultati attesi:
- mappatura delle regioni genomiche con modificazioni dell'istone H3 in ippocampo di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ±CSC (analisi con il software SICER);
- mappatura di regioni promotrici di geni annotati (dalle liste precedenti) in HPC di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ±CSC (analisi mediante ChIPpeakAnno +
GREAT);
- networks di geni, funzioni biologiche principali e processi cellulari coinvolti (analisi con IPA);
- analisi di metilazione genome-wide e di geni candidati (MeDIP-Seq, Pirosequenziamento, MALDI-TOF) di topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ±CSC; i geni
candidati comprenderanno geni che appartengono alla via BDNF/TrkB;
- analisi morfologiche di neuroni ippocampali in topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ±CSC;
- analisi dell'espressione di proteine coinvolte nel mantenimento dendritico in topi BDNFVal/Val e BDNFMet/Met, ±CSC.
WP9: Ruolo di BDNF nello sviluppo del sistema GABAergico in topi mutanti per il fattore di trascrizione homeobox Engrailed2 (topi En2-/-, modello di autismo).
Il principale obiettivo è quello di dimostrare che la sovraespressione di BDNF a partire dalle prime fasi di vita postnatale è in grado di recuperare i difetti della
circuiteria GABAergica ed i comportamenti “autistici” nei topi En2-/-.
WP10: Coinvolgimento di BDNF nelle epilessie focali e sviluppo di strategie di delivery selettivo nella zona epilettogena.
Risultati attesi:
- identificazione del ruolo delle diverse varianti di splicing dell'mRNA di BDNF nell'epilettogenesi;
- caratterizzazione del ruolo svolto dalla via del segnale della PLC gamma nell'epilettogenesi;
- implicazione nell'epilettogenesi della modulazione della neurogenesi mediata da BDNF;
- caratterizzazione di sistemi innovativi per il rilascio selettivo di BDNF in aree cerebrali lesionate.
Testo inglese
The results that will be obtained from this project will contribute to clarify the biology of BDNF and its role in major neurological and psychiatric disorders, as well as
to identify new approaches for the modulation of the BDNF signaling and for their selective delivery in pathology areas. The results should thus provide useful
information for the development of new therapeutic approaches for the treatment of neurological disorders. A more specific account of the expected results is provided
below.
WP1: Analisis and pharmacological regulation of BDNF mRNA splice variants.
- Definition of the role of BDNF variants in the wiring of newborn neurons in the DG.
- Development of an innovative cellular assay to measure the effects on BDNF translation induced by drugs and obtain the pharmacological profile of translation of
BDNF splice variants.
- Development of an innovative cellular assay to measure the effects on trafficking of BDNF mRNA produced by drugs and obtain the pharmacological profile of
trafficking of BDNF mRNA.
- Define the expression and localization of the isoforms of BDNF in the brains of animal models of Alzheimer's disease, stress-related disorders, autism and epilepsy
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in collaboration with other research units.
WP2: Mechanisms implicating BDNF activity in the control of maturation and functional integration of newly generated neurons in the adult brain.
The idea of the proposed project is to investigate what are the key requirements for a newly generated neuron to integrate and thus survive. We will obtain information
on whether continuous neurogenesis is required for the maintenance and/or refinement of the existing neuronal circuits in the OB and DG, and the normal behaviors
involved in OB-dependent odor discrimination and hippocampal-dependent memory and mood control. Thus, one of the keys expected results deals with the
understanding of what may be the unique contribution of newly generated neurons to hippocampal information processing. The overall design of this grant proposal is
then to bring together molecular mechanisms underlining the role of BDNF in physiological neurogenesis with the goal to understand how to improve our strategies to
prevent newborn neurons dysfunctions in neurodegenerative diseases.
WP3: Role of synapsins (SYNs, a family of phosphoprotein associated with synaptic vesicles) and BDNF on hippocampal neurogenesis, by using SYN knock-out
(KO) mice.
Overall, this part of the project will allow us to collect fundamental data for identifying potential alterations that could be upstream in the pathogenesis of epileptic
phenotypes. Furthermore, we will potentially be able to provide a bridge cause-phenomena and, at the same time, identify possible new molecular targets for the
design of future diagnostic and therapeutic tools against epilepsy.
WP4: Structural and functional studies of BDNF and proBDNF and their interactions with TrkB, p75NTR and sortilin.
Expected results:
- purification of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF and characterization of their binding parameters with TrkB, p75 and sortilin receptors;
- structural characterization of secondary a tertiary structures of human BDNF, proBDNF and V66M proBDNF and study of the oligomerization processes with the
influence of divalent cation such as Cu2+ and Zn2+;
- study of the proteolitic degradation of proBDNF and proBDNF V66M to mature BDNF with different proteolytic enzymes and influence of divalent cation such as
Cu2+ and Zn2+ in this process;
- evaluation of low (SAXS) and high (NMR) resolution cristallografic structures of BDNF, proBDNF and V66M proBDNF with or without Cu2+ and Zn2+;
- atomic level description of the BDNF structure and that of Cu2+ and Zn2+ adducts by X-ray diffraction.
WP5: Transgenic manipulations of BDNF in the short-lived fish nothobranchius furzeri.
Expected results:
- driver CRE ricombinase lines and Responder BDNF lines to clone the BDNF locus in N. Furzeri will be available;
- individuals generated by crossing driver lines with different responder lines to obtain N-Furzeri overexpressing BDNF in the brain or in particular brain areas;
- phenotype analysis of F1 individuals of both the transgenic BDNF overexpressing lines.
WP6: Validation of BDNF involvement in Rett syndrome (RTT).
Expected results:
- a panel of BDNF mutants validated for their differential activation of TrkB signaling;
- morphological and biochemical analysis of RTT mice treated with BDNF by intranasal exogenous administration or systemic mesangioblasts engineered to produce
BDNF.
WP7: Neuroprotection by BDNF in Alzheimer disease.
Expected results:
- BDNF regulates synaptic efficacy and strength in EC depending on the ligand concentrations and receptor/intracellular activated pathways;
- different concentrations of rhBDNF and mutant BDNF in EC prevent impairment of synaptic transmission and plasticity caused by Abeta;
- applicability of intra-nasal delivery of BDNF to prevent synaptic dysfunction in EC, pathophysiological changes and cognitive deficits caused by Abeta in AD
murine models;
- different treatments (intra-nasal versus intra-peritoneal) with PACAP38 are able to prevent EC synaptic dysfunction in the entorhinal cortex, pathophysiological
changes and cognitive deficits caused by Abeta in murine models of AD;
- long-term treatment with fluoxetine is able to prevent synaptic dysfunction, pathophysiological changes and cognitive deficit caused by Abeta in murine models of
AD.
Due to extremely large number of patients affected by AD and lack of therapeutic approaches able to slow down/arrest neurodegeneration in this pathology without
interfering with basal cellular physiology, new treatments based on neuroprotection by BDNF might open new horizons, as far as the research strategy and the
potential for therapeutic transfer.
WP8: Epigenetic analysis of a gene-environment animal model of neuropsychiatric disorders carrying the human val66met human polymorphism.
It is expected that the proposed genome-wide analysis of this GxE model will disclose epigenetically regulated changes in the expression and function of key genes
involved in BDNF-related pathology. These genes could be novel genetic markers of vulnerability for neuropsychiatric disorders and stress and possibly represent
putative targets for the development of new, innovative therapies for neuropsychiatric disorders.
Expected results:
- mapping of genome regions with H3 histone modifications in hippocampus of BDNF Val/Val and BDNF Met/Met mice, ±CSC (analysis with SICER software);
- mapping of promoter regions of annotated genes (from list above) in HPC of BDNF Val/Val and BDNF Met/Met mice, ±CSC (analysis with ChIPpeakAnno +
GREAT);
- gene networks, major biological functions and cellular processes involved (analysis with IPA);
- genome-wide and candidate genes methylation analysis (MeDIP-Seq, Pyrosequencing, MALDI-TOF) of BDNF Val/Val and BDNF Met/Met mice, ±CSC; candidate
genes will include genes belonging to the BDNF/TrkB pathway;
- morphologycal analysis of HPC neurons in BDNFVal/Val and BDNFMet/Met, ±CSC;
- analysis of the expression of proteins involved in dendrite maintenance in BDNF Val/Val and BDNF Met/Met mice, ±CSC.
WP9: Development of the GABAergic system in mice lacking the homeobox-containg transcription factor Engrailed2 (En2-/- mice, a model for Autism Spectrum
Disorders), and role of BDNF in this process.
As a major goal, we expect to demonstrate that BDNF overexpression during early postnatal development is able to restore a normal GABAergic circuitry and rescue
ASD-like behaviours in En2-/- mice.
WP10: Implication of BDNF in focal epilepsies and development of delivery strategies for its selective delivery in the epileptogenic area..
Expected results:
- identification of the role of the different BDNF mRNA splice variants in epileptogenesis;
- characterization of the role played by PLC gamma signaling in epileptogenesis;
- implication for epileptogenesis of BDNF-mediated modulation of neurogenesis;
- characterization of innovative systems for the the selective delivery of BDNF in lesioned brain areas.
15 - Elementi e criteri proposti per la verifica dei risultati raggiunti
Testo italiano
Il raggiungimento dei risultati previsti porterà alla presentazione di poster e comunicazioni orali a congressi internazionali, e a pubblicazioni in riviste scientifiche
internazionali peer-review.
Sarà valutata l'opportunità di presentare domande di brevetto in relazione ad alcuni aspetti della ricerca di potenziale interesse applicativo.
Nel corso del progetto, come descritto nel WP11, saranno organizzati quattro project meetings: il kick-off a Ferrara; uno al termine del primo anno, a Milano; uno al
termine del secondo, a Pisa; il final meeting a Bologna. Questi saranno meeting ristretti alle unità operative coinvolte nel progetto, e avranno lo scopo di esaminare lo
stato di avanzamento del lavoro, discutere i risultati e valutare le alternative nel caso alcune milestones non fossero raggiunte. In occasione del meeting del secondo
anno, sarà organizzato un Workshop su "BDNF in fisiologia e patologia", aperto a tutti gli interessati.
Testo inglese
The achievement of the predicted research milestones will lead to posters and oral communications at international meetings and to publications in international peer
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reviewed scientific journals.
The opportunity of filing patent applications concerning some aspects of the research of potential applicative interest will be pursued.
Four project meetings will be organized (see WP11): a kick-off meeting in Ferrara; the 1st annual meeting in Milano; the 2nd annual meeting in Pisa; the final meeting
in Bologna.
These will be closed meetings among the participating groups, aimed at reviewing the work, discussing results, monitoring progress an evaluating possible
contingency plans. On the occasion of the 2nd annual meeting, the collaborative group will organize a Workshop on "BDNF in physiology and pathology", open to all
interested.
16 - Sintesi delle collaborazioni con altri organismi di ricerca pubblici e privati, nazionali e
internazionali, e indicazione degli eventuali collegamenti con gli obiettivi di Horizon 2020
Testo italiano
Questo progetto comprende 5 collaborazioni con organismi di ricerca italiani e 12 con organismi di ricerca internazionali (7 dei quali europei). Queste collaborazioni
sono solo elencate qui sotto: una descrizione dettagliata viene fornita nel modello B del gruppo di contatto indicato, alla sezione 8 “Collaborazioni con altri organismi
di ricerca”.
COLLABORAZIONI CON ORGANISMI DI RICERCA ITALIANI
1- Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT; contatto, UR2-UniBO e UR3-UniGE). Studio del ruolo di p75NTR nei primi meccanismi di specificazione assonale
in neuroni e delle sinapsine nella neurogenesi.
2- Fondazione EBRI, Roma (contatto: UR4-SNS): contribuirà allo studio dell'espressione, purificazione e interazione recettoriale delle neurotrofine ricombinanti.
3- IC-CNR,UOS, Trieste (contatto: UR4-SNS): contribuirà all'esecuzione degli studi biochimici e biofisici sulle neurotrofine.
4- IN-CNR, Pisa (contatti: UR4-SNS e UR5-UniAQ): contribuirà 1) agli esperimenti sui modelli animali di sindrome di Rett; 2) a chiarire se BDNF possa esercitare
un ruolo neuroprotettivo nella malattia di Alzheimer curando gli aspetti elettrofisiologici e comportamentali del progetto.
5- Università di Napoli "Federico II” (Dott.ssa Pero, contatto: UR6-UniMI): analisi della metilazione del DNA in topi BDNF Val66Met.
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
1- Carlos Duarte Bandeira, Università di Coimbra, Portogallo (contatto: UR1-UniTS): analisi proteomica per l'identificazione di RNA-binding proteins.
2- Magdalena Götz, Ludwig-Maximilians-Universität, Monaco, Germania (contatto: UR2-UniBO): produzione 1) di costrutti virali per lo studio della neurogenesi in
vivo; 2) dei topi GLAST Cre ERT2.
3- Brian Pierchala, University of Michigan, USA (contatto: UR2-UniBO). Contribuirà a generare una linea di topi p75NTR GLAST Cre ERT2.
4- Paola Arlotta, Harvard University, Boston, USA (contatto: UR2-UniBO). Contribuirà allo studio del ruolo del recettore p75NTR nella specificazione assonale
durante la neurogenesi e lo sviluppo dei neuroni corticali.
5- Gerd Kempermann, Technische Universität Dresden, Germania (contatto: UR2-UniBO): 1) purificazione di neural stem cell da topi transgenici; 2) test
comportamentali specifico per lo studio della neurogenesi nell'apprendimento e nella memoria spaziale.
6- Tim Bussy, University of Cambridge, Regno Unito (contatto: UR2-UniBO). Contribuirà all studio del comportamento dei topi TrkB GLAST Cre ERT2; Munc-18
GLAST Cre ERT2 e p75NTR GLAST Cree ERT2 nel test di “spatial pattern separation”.
7- Annalisa Pastore, Molecular Structure Division, The National Institute of Medical Research, London, Regno Unito (contatto: UR4-SNS): contribuirà all'analisi
RMN di proBDNF, BDNF maturo e V66MproBDNF.
8- Stanford University, Medical School, Dept of Genetics, Laboratory of Molecular basis of longevity and age-related diseases, USA (contatto: UR4-SNS). Questo
laboratorio ha siluppato il medello del N. Furzeri e farà le microiniezioni necessarie per generare le linee transgeniche.
9- Leibniz Institute für Altersforschung, Fritz Lipmann Institute, Jena, Germania (contatto: UR4-SNS). Contrinuirà al transcriptional profiling.
10- Francis Lee, Cornell University, New York, USA (contatto: UR6-UniMI): fornirà i topi transgenici BDNF Val66Met.
11- Joseph C. Glorioso E Paola Grandi, Dipartimento di Microbiologia e Genetica Molecolare, University of Pittsburgh Medical Center, USA (contatto: UR8-UniFE):
progettazione e l'ingegnerizzazione dei vettori HSV.
12- Giulio Cossu, Department of Cell and Developmental Biology, University College of London, Regno Unito (contatto: UR8-UniFE): fornirà diverse linee di MAB
che esprimono costitutivamente geni reporter (come eGFP).
COME LA PRESENTE PROPOSTA AFFRONTA LE GRANDI SFIDE IDENTIFICATE DA HORIZON 2020
Questo progetto contribuirà a molti degli obiettivi strategici di Horizon 2020.
1) Eccellenza scientifica: finalizzata a mantenere la leadership europea nelle scienze.
Il contributo a questo obiettivo è immediatamente evidente, perché questo progetto sarà parte di un consorzio dei più importanti laboratori italiani che hanno lavorato
sul BDNF negli ultimi 15 anni o più. Tutti i principali ricercatori si conoscono molto bene e la maggior parte di essi ha già collaborato e pubblicato insieme negli
ultimi anni. Di conseguenza, ci aspettiamo di documentare l'eccellenza di questa rete attraverso pubblicazioni peer-reviewed, ad alto impatto riviste scientifiche,
comunicazioni a convegni internazionali e lo scambio di studenti e giovani ricercatori.
2) Leadership industriale: l'obiettivo di sostenere la ricerca e l'innovazione nel settore europeo con una forte attenzione alle tecnologie industriali e gli investimenti per
le PMI.
Il contributo all'obiettivo di leadership industriale deriva da brevetti che ci si aspetta di generare sui saggi cellulari utilizzati per lo screening di farmaci per valutare se
sono in grado di modulare la traduzione e il trasporto delle varianti di splicing di BDNF mRNA. Questi brevetti riguarderanno saggi cellulari innovativi per drug
screening che possono essere di interesse per le industrie europee e le PMI, in particolare quelle coinvolti nella produzione di prodotti farmaceutici, biotecnologici e
nutraceutici per le malattie neurodegenerative e dello sviluppo neuronale. In accordo con tutti gli altri partner del consorzio, abbiamo deciso di focalizzare lo
sfruttamento dei risultati soprattutto in Europa. È importante sottolineare che il nostro collaboratore portoghese contribuirà anche alla diffusione e valorizzazione dei
risultati, perché il Prof. Duarte è il direttore dell'Unità di Biologia Cellulare presso il Biocant, un Centro per l'innovazione nel settore delle biotecnologie che agisce
come un acceleratore di trasferimento di tecnologia e creatore di tecnologia basata sulla conoscenza. Biocant ospita numerose piccole e medie imprese innovative
biotecnologiche della regione di Coimbra- Aveiro nel Portogallo del Nord e fa parte di una rete europea di parchi R & D.
3) Sfide della società, progettate per affrontare le grandi sfide globali nei settori quali la sanità, il cambiamento demografico e il benessere; società inclusive,
innovative e sicure.
Il contributo al terzo obiettivo (sfide della società) sarà su due settori: a) salute e f) società inclusive, innovative e sicure. BDNF rappresenta un bersaglio
farmacologico importante per le malattie neuropsichiatriche che colpiscono un numero elevato di soggetti, e gli antidepressivi sono ben noti attivatori di sintesi BDNF
nel cervello. Tuttavia, solo in tempi recenti è stato proposto che BDNF potrebbe rappresentare un target anche per la neuroprotezione in patologie neurodegenerative,
e per la riattivazione dello sviluppo neuronale nelle patologie del neurosviluppo. Ci aspettiamo che i risultati generati nel quadro di questo progetto possano aprire la
strada allo sviluppo di nuove terapie innovative nell'area di importanti e totalmente non soddisfatte esigenze mediche che sono ancora in attesa di nuove scoperte.
Qualche esempio:
- la malattia di Alzheimer è una malattia fortemente invalidante che nella sua forma sporadica interessa il 4-6% della popolazione italiana con età superiore a 65 anni;
più di 7 milioni di cittadini europei ne sono già affetti con il numero di questi pazienti che è destinato a raddoppiare nei prossimi 20 anni in funzione dell'aumento
della vita media;
- si stima che l'epilessia colpisca circa 6 milioni di europei, e non esiste alcuna terapia che contrasti l'epilettogenesi;
- la sindrome di Rett è una malattia che colpisce 1 persona ogni 2000 in Europa, per la quale non esistono terapie efficaci.
4) Attuazione della società europea della conoscenza.
I risultati provenienti dal progetto contribuiranno alla realizzazione e l'evoluzione delle politiche europee per la costruzione di una società basata sulla conoscenza,
attraverso la promozione dei seguenti criteri: 1) attrarre e formare giovani ricercatori, in particolare le donne, per formare una nuova generazione abile con una
consapevolezza maggiore verso la scienza e corrispondenti benefici per la società, addestrati in un ambiente internazionale; 2) migliorare la competitività delle PMI
europee e l'industria ed accelerare l'attuazione del Parlamento europeo e bio-economia basata: l'esperienza scientifica di questa UO con la collaborazione effettiva
all'interno del consorzio garantirà l'alto livello del know-how scientifico da trasferire alla comunità scientifica, società, piccole e medie imprese e le industrie. Giovani
scienziati e studenti di dottorato saranno i beneficiari privilegiati.
Collaborazioni già esistenti con le istituzioni europee e nazionali sul tema del presente progetto (sviluppo di trattamenti per i disturbi dello sviluppo neurologico e
neurodegenerative), aumenteranno la probabilità di successo del progetto e rafforzaranno i legami tra istituzioni, promuovendo la coesione della comunità scientifica
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comunità a livello nazionale, europeo e internazionale.
5) Questioni di genere.
Il gruppo perseguirà una rigorosa politica di reclutamento di parità con particolare attenzione alla assunzione di donne, al fine di correggere gli squilibri tra donne e
uomini, e di integrare una dimensione di genere nella ricerca e nell'innovazione.
Testo inglese
This project includes 5 collaborations with Italian and 12 with international scientific institutions (7 of which are European). Because of space restrictions, these
collaborations are simply listed below. A detailed description of each can be found in the model B of the contact group indicated, under section 8 “Collaborations with
other research organizations”.
COLLABORATIONS WITH ITALIAN SCIENTIFIC INSTITUTIONS
1- Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT; contact: RU2-UniBO e RU3-UniGE). Study of the role of p75NTR in the mechanisms of axonal specification and
of the involvement of synapsins in neurogenesis.
2- Fondazione EBRI, Rome (contact: RU4-SNS): will contribute in the expression, purification and interaction with receptors of the recombinant neurotrophins.
3- IC-CNR,UOS, Trieste (contact: RU4-SNS): will contribute performing biochemical and biophysical characterization of the neurotrofins.
4- IN-CNR, Pisa (contacts: RU4-SNS and RU5-UniAQ): will contribute 1) to performing the experiment of neurotrophins administration to Rett Syndrome mouse
models and the study of the morphological and biochemical of the mice treated; 2) to clarifying whether BDNF may exert neuroprotection in experimental models of
Alzheimer's disease (electrophysiological and behavioral aspects).
5- University of Naples "Federico II” (Dr. Pero, contact: RU6-UniMI): analysis of DNA methylation in BDNF Val66Met mice.
INTERNATIONAL COLLABORATIONS
1- Carlos Duarte Bandeira, University of Coimbra, Portugal (contact: RU1-UniTS): proteomic analysis to provide candidate RNA-binding proteins.
2- Magdalena Götz, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany (contact: RU2-UniBO): will contribute the production of 1) several viral constructs for
studying adult neurogenesis in vivo; 2) GLAST Cre ERT2 mice.
3- Brian Pierchala, University of Michigan, USA (contact: RU2-UniBO): will help to generate p75NTR GLAST Cre ERT2 mice.
4- Paola Arlotta, Harvard University, Boston, USA (contact: RU2-UniBO): will contribute to the investigation of the role of p75NTR in axonal specification during
cortical development.
5- Gerd Kempermann, Technische Universität Dresden, Germany (contact: RU2-UniBO): will contribute to: 1) purify and characterize neural stem cell cultures from
p75NTR or TrkB or Munc-18 GLAST Cre ERT2 mice; 2) perform behavioral studies using our mice lines.
6- Tim Bussy, University of Cambridge, United Kingdom (contact: RU2-UniBO): will test TrkB GLAST Cre ERT2; Munc-18 GLAST Cre ERT2 and p75NTR
GLAST Cree ERT2 mice for spatial pattern separation.
7- Annalisa Pastore, Molecular Structure Division, The National Institute of Medical Research, London, United Kingdom (contact: RU4-SNS): will contribute with
the NMR analysis of proBDNF, mature BDNF and V66MproBDNF.
8- Stanford University, Medical School, Dept of Genetics, Laboratory of Molecular basis of longevity and age-related diseases, USA (contact: RU4-SNS). This group
has developed transgenesis for N. Furzeri and will perform the microinjections to generate the transgenic line which is described in this project.
9- Leibniz Institute für Altersforschung, Fritz Lipmann Institute, Jena, Germany (contact: RU4-SNS). Will contribute to transcriptional profiling.
10- Francis Lee, Cornell University, New York, USA (contact: RU6-UniMI): will provide the BDNF Val66Met transgenic mice.
11- Joseph C. Glorioso e Paola Grandi, Department of Microbiology and Molecular Genetics, University of Pittsburgh Medical Center, USA (contact: RU8-UniFE):
will supervise the design and engineering of HSV vectors..
12- Giulio Cossu, Department of Cell and Developmental Biology, University College of London, United Kingdom (contact: RU8-UniFE): will provide different lines
of MABs, constitutively expressing reporter genes (like eGFP).
HOW THE PRESENT PROPOSAL ADDRESSES THE GRAND CHALLENGES IDENTIFIED BY HORIZON 2020
The present project will clearly contribute to many of the Horizon 2020 strategic objectives.
1) Excellent science: aiming at maintaining the European leadership in science.
The contribution to this objective is immediately apparent because this project will be part of a consortium of the major Italian laboratories, which have worked on
BDNF in the last 15 years or more. All principal investigators know each other very well and most have already collaborated and published together in the past years.
Accordingly, we expect to document the excellence of this network through publications in peer-reviewed, high impact scientific journals, communications to
international meetings and exchange of students and young researchers.
2) Industrial Leadership: aiming at supporting research and innovation in the European industry with strong attention to industrial technologies and investments for
SMEs.
The contribution to industrial leadership will derive from patents that we expect to generate on the cell- based assays used to screen for drugs that are able to modulate
translation and trafficking of BDNF mRNA splice variants. These patents are very likely to provide new, innovative assays that may be of interest for European
industries and SMEs especially those involved in manufacturing pharmaceutical, biotechnological and nutraceutical products for neurodegenerative and
neurodevelopmental disorders. In agreement with all the other partners of the consortium, we have decided to focus the exploitment of the findings primarily in
Europe. Importantly, our Portuguese collaborator to the project will also contribute to the dissemination and exploitation of the results because Prof. Duarte is the
Director of the Cell Biology Unit at Biocant, a Center for Innovation in Biotechnology, which acts as an accelerator of technology transfer and a creator of
technology-based knowledge. Biocant hosts several innovative biotech SMEs of the region of Coimbra-Aveiro in Nothern Portugal and is part of an European network
of R&D parks.
3) Societal challenges, designed to face the major global challenges in the sectors including health, demographic change and wellbeing; inclusive, innovative and
secure societies.
The contribution to the objective “societal challenges” will be on two sectors: a) health and f) inclusive, innovative and secure societies. BDNF represents a major
pharmacological target of neuropsychiatric diseases affecting a very large number of patients and antidepressants are well known activators of BDNF synthesis in the
brain. However, only in recent times it has been proposed that BDNF may also represent a target for neuroprotection in neurodegenerative disorders, and for
reactivation of neuronal development in neurodevelopmental diseases. We expect that the findings generated in the frame of this project will pave the way to the
development of new, innovative therapies in areas of important and totally unmet medical need for which therapies still await for new discoveries. Some examples:
- it has been estimated that 4-6% of the Italian population over 65 years are affected by the sporadic form of Alzheimer's disease (95% of Alzheimer patients);
Alzheimer's disease and related disorders affect over 7 million people in Europe, and this figure is expected to double in 20 years, as the population ages;
- it is estimated that epilepsy affects approximately 6 million Europeans, and there is not available therapy against epileptogenesis, an area of important and totally
unmet medical need;
- Rett syndrome is a disease that affects 1 person every 2000 in Europe and for which no available therapy exists.
4) Implementation of the European Knowledge Based society.
The results coming from the project will contribute to the implementation and evolution of the European policies for the construction of a “Knowledge based” society
by promoting the following criteria: 1) attracting and training young researchers, in particular women, to form a new skilled generation with an improved awareness
towards science and corresponding societal benefits, trained in an international environment; 2) enhancing the competitiveness of European SMEs and industry and
accelerating the implementation of the European bio-based economy: the scientific expertise of the RU along with the cooperation within the consortium will assure
the high standard of the scientific know-how to be transferred to scientific community, society, SMEs and industries. Young scientists and PhD student will be the
privileged beneficiaries. Close co-operations already exist with European and national Institutions on the topic of the present proposal (development of treatment for
neurodevelopmental and neurodegenerative disorders) which will increase the chance of success of the project and will strengthen the links by promoting the
cohesion of the scientific community at National, European and international level.
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Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
17 - Mesi persona complessivi dedicati al Progetto di Ricerca
Mesi/Persona
17.1 Personale dipendente dall'Ateneo/Ente cui afferisce l'Unità di ricerca
17.2 Personale dipendente da altri Atenei/Enti
17.3 Personale non dipendente già presente presso l'Ateneo/Ente cui afferisce l'Unità di ricerca
alla data di presentazione del progetto
17.4 Personale dipendente o non dipendente da destinare a questo specifico Progetto
a) docenti / ricercatori /
tecnologi
b) altro personale
tecnico
a) docenti / ricercatori /
tecnologi
b) altro personale
tecnico
a) assegnisti
b) dottorandi
c) professori a contratto
d) co.co.co.(solo per
EPR)
a) assegnisti
b) ricercatori a tempo
determinato
c) dottorandi
d) co.co.co.
TOTALE
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
82.3
7
27
0
63
0
0
0
216
0
60
0
455.3
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
18 - Costo complessivo del Progetto articolato per voci
Responsabile dell'Unità di
Ricerca
Finanziamento
MIUR
Costo a carico Ateneo /
Ente
Costo Complessivo dell'Unità di
Ricerca
TONGIORGI Enrico
151.164
64.785
215.949
CANOSSA Marco
160.028
68.583
228.611
ONOFRI Franco
150.279
64.405
214.684
CATTANEO Antonino
261.326
111.997
373.323
DOMENICI Luciano
151.163
64.784
215.947
POPOLI Maurizio
161.130
69.055
230.185
BOZZI Yuri
152.158
65.210
217.368
SIMONATO Michele
157.336
67.430
224.766
1.344.584
576.249
1.920.833
TOTALE
“I dati contenuti nella domanda di finanziamento sono trattati esclusivamente per lo svolgimento delle funzioni istituzionali del
MIUR. Incaricato del trattamento è il CINECA- Dipartimento Servizi per il MIUR. La consultazione è altresì riservata agli atenei e
agli enti di ricerca (ciascuno per le parti di propria competenza), al MIUR - D.G. per il Coordinamento e lo Sviluppo della Ricerca Ufficio V, al CNGR e ai CdS. Il MIUR potrà anche procedere alla diffusione dei principali dati economici e scientifici relativi ai
progetti finanziati.”
Firma _____________________________________
MIUR - BANDO 2010-2011 - MODELLO A
Data 16/03/2012 ore 10:53