Cellule neuronali e microgliali nella fisiopatologia dei microcircuiti corticali

Gli interessi principali del mio laboratorio sono quelli di comprendere i) il ruolo della plasticità sinaptica inibitoria e ii) i signalling molecolari specifici nella comunicazione bidirezionale neuroni-microglia, nei microcircuiti della corteccia, utilizzando tecniche di elettrofisiologia, microscopia confocale a super risoluzione e test comportamentali.

1. La comunicazione tra neuroni e microglia in condizioni fisiopatologiche

Le cellule immunitarie residenti del cervello sono coinvolte nel modellamento dei circuiti neuronali e nel mantenimento dell’omeostasi neuronale. Per svolgere le loro funzioni, le cellule microgliali devono rilevare l’attività neuronale. Viceversa, i neuroni devono rilevare i segnali della microglia per operare e comunicare correttamente e accuratamente tra loro. Queste interazioni sono assicurate dall’espressione reciproca di una varietà di diversi recettori che vengono attivati dalle molecole rilasciate dai neuroni e dalla microglia. Nelle malattie neurologiche e neuropsichiatriche con componente neuroinfiammatoria, come nell’Alzheimer, la sclerosi multipla, l’epilessia e dolore cronico, la comunicazione tra neuroni e microglia risulta alterata e questa condizione influenza sia l’attività sinaptica che la plasticità neuronale, con il rischio di causare profondi cambiamenti nei circuiti neuronali e nelle funzioni associate. Per questo motivo, l’obiettivo del laboratorio è quello di comprendere i meccanismi molecolari di questo cross-talk sia in condizioni fisiologiche che patologiche, con particolare attenzione agli endocannabinoidi e alle neurotrofine, tra i mediatori di questa interazioni. Attualmente, stiamo studiando il ruolo delle cellule microgliali nella formazione e nel consolidamento dell’engramma sinaptico della memoria (tracce della memoria) e nella degenerazione/neuroprotezione delle cellule gangliari della retina. Inoltre, la nostra ricerca mira a individuare proteine chiavi quali bersagli strategici per il controllo della neurodegenerazione.

2. Plasticità sinaptica inibitoria nei microcircuiti corticali

L’obiettivo di questa ricerca è lo studio e la caratterizzazione delle proprietà sinaptiche e di plasticità neuronale delle sinapsi GABAergiche, sia in contesti fisiologici che patologici. Finora abbiamo identificato dei meccanismi di plasticità omeostatica non hebbiana che prevengono un’eccessiva eccitabilità dei neuroni principali glutammatergici tramite il rilascio di messaggeri retrogradi (endocannabinoidi e ossido nitrico) e vedono coinvolti specifici sottotipi di interneuroni. I nostri attuali interessi sono quelli di esplorare i cambiamenti delle proprietà sinaptiche inibitorie a lungo termine in seguito a specifici schemi di stimolazione neuronale e task comportamentali, al fine di comprendere il ruolo delle sinapsi inibitorie in determinate funzioni cognitive, come nella memoria, apprendimento ed elaborazione sensoriale.

In collaborazione con il gruppo di ricerca coordinato dal Professor Cattaneo stiamo studiando la fisiologia e l’anatomia delle tracce della memoria a livello sinaptico, utilizzando in esperimenti ex vivo il tool Synactive, sviluppato dal suo laboratorio, che consente l’identificazione selettiva e l’analisi di sinapsi potenziate.

Selected Publications

Marinelli S, Basilico B, Marrone MC, Ragozzino D. Microglia-neuron crosstalk: Signaling mechanism and control of synaptic transmission. Semin Cell Dev Biol. 2019 Oct;94:138-151. doi: 10.1016/j.semcdb.2019.05.017. Epub 2019 May 30. Review. PubMed PMID: 31112798.

Marrone MC, Morabito A, Giustizieri M, Chiurchiù V, Leuti A, Mattioli M, Marinelli S, Riganti L, Lombardi M, Murana E, Totaro A, Piomelli D, Ragozzino D, Oddi S, Maccarrone M, Verderio C, Marinelli S. TRPV1 channels are critical brain inflammation detectors and neuropathic pain biomarkers in mice. Nat Commun. 2017 May 10;8:15292. doi: 10.1038/ncomms15292. PubMed PMID: 28489079; PubMed Central PMCID: PMC5436240.

Marinelli S, Pacioni S, Cannich A, Marsicano G, Bacci A. Self-modulation of neocortical pyramidal neurons by endocannabinoids. Nat Neurosci. 2009 Dec;12(12):1488-90. doi: 10.1038/nn.2430. Epub 2009 Nov 15. PubMed PMID: 19915567.