Effetti dell’arricchimento ambientale materno durante la gravidanza sullo sviluppo della retina nel feto.

Studi effettuati nel nostro laboratorio hanno dimostrato che l’arricchimento ambientale postnatale, una condizione caratterizzata da intenso esercizio fisico volontario, possibilità di instaurare nuove relazioni sociali ed elevata stimolazione sensoriale, è capace di promuovere la maturazione della corteccia visiva e di accelerare lo sviluppo postnatale della retina. Sappiamo molto meno per quanto riguarda l’influenza dell’ambiente sullo sviluppo prenatale. I soli dati disponibili riguardano gli effetti deleteri dello stress prenatale sullo sviluppo embrionale, mentre la possibilità che l’esposizione della madre a condizioni di ottimizzazione ambientale possa influenzare lo sviluppo fetale rimane inesplorata. La presente ricerca intende pertanto indagare l’influenza dell’arricchimento prenatale sullo sviluppo del sistema visivo del feto. Abbiamo studiato lo sviluppo anatomico della retina di ratto attraverso l’analisi della migrazione dei progenitori neurali e del processo di morte naturale delle cellule gangliari retiniche, processi che esercitano un ruolo chiave nel costruire la citoarchitettura retinica durante le fasi precoci dello sviluppo. Il numero di cellule apoptotiche nello strato delle cellule gangliari è stato analizzato usando due diversi metodi: la presenza di nuclei picnotici evidenziati con il cresilvioletto e la comparsa di DNA frammentato (metodo del TUNEL). Abbiamo osservato che l’arricchimento ambientale della madre durante la gravidanza influenza la maturazione strutturale della retina, anticipando la migrazione dei progenitori neurali e accelerando le dinamiche di morte cellulare programmata. Questi effetti sembrano essere sotto il controllo del fattore di crescita Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I). Infatti i livelli di questo fattore di crescita, più alti nelle ratte gravide arricchite e nel loro latte, sono aumentati anche nella loro prole. Inoltre la neutralizzazione di IGF-I previene gli effetti dell’arricchimento materno sullo sviluppo retinico e la sua somministrazione alle madri non arricchite mima gli effetti dell’arricchimento sui feti. I nostri risultati dimostrano che lo sviluppo del sistema nervoso retinico è sensibile alla stimolazione ambientale durante la vita prenatale e suggeriscono che gli effetti dell’ambiente sullo sviluppo fetale siano mediati dalla madre attraverso il controllo dei livelli di IGF-I. Questi risultati possono essere rilevanti nell’orientare la ricerca clinica nel campo delle terapie prenatali

The antidepressant fluoxetine acts on energy balance and leptin sensitivity via BDNF

Leptin and Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) pathways are critical players in body weight homeostasis. Noninvasive treatments like environmental stimulation are able to increase response to leptin and induce BDNF expression in the brain. Emerging evidences point to the antidepressant selective serotonin reuptake inhibitor Fluoxetine (FLX) as a drug with effects similar to environmental stimulation. FLX is known to impact on body weight, with mechanisms yet to be elucidated. We herein asked whether FLX affects energy balance, the leptin system and BDNF function. Adult lean male mice chronically treated with FLX showed reduced weight gain, higher energy expenditure, increased sensitivity to acute leptin, increased hypothalamic BDNF expression, associated to changes in white adipose tissue expression typical of "brownization". In the Ntrk2tm1Ddg/J model, carrying a mutation in the BDNF receptor Tyrosine kinase B (TrkB), these effects are partially or totally reversed. Wild type obese mice treated with FLX showed reduced weight gain, increased energy output, and differently from untreated obese mice, a preserved acute response to leptin in terms of activation of the intracellular leptin transducer STAT3. In conclusion, FLX impacts on energy balance and induces leptin sensitivity and an intact TrkB function is required for these effects to take place

Randomized trial on the effects of a combined physical/cognitive training in aged MCI subjects: the Train the Brain study

Age-related cognitive impairment and dementia are an increasing societal burden. Epidemiological studies indicate that lifestyle factors, e.g. physical, cognitive and social activities, correlate with reduced dementia risk; moreover, positive effects on cognition of physical/cognitive training have been found in cognitively unimpaired elders. Less is known about effectiveness and action mechanisms of physical/cognitive training in elders already suffering from Mild Cognitive Impairment (MCI), a population at high risk for dementia. We assessed in 113 MCI subjects aged 65-89 years, the efficacy of combined physical-cognitive training on cognitive decline, Gray Matter (GM) volume loss and Cerebral Blood Flow (CBF) in hippocampus and parahippocampal areas, and on brain-blood-oxygenation-level-dependent (BOLD) activity elicited by a cognitive task, measured by ADAS-Cog scale, Magnetic Resonance Imaging (MRI), Arterial Spin Labeling (ASL) and fMRI, respectively, before and after 7 months of training vs. usual life. Cognitive status significantly decreased in MCI-no training and significantly increased in MCI-training subjects; training increased parahippocampal CBF, but no effect on GM volume loss was evident; BOLD activity increase, indicative of neural efficiency decline, was found only in MCI-no training subjects. These results show that a non pharmacological, multicomponent intervention improves cognitive status and indicators of brain health in MCI subjects

Effetti della fluoxetina sui meccanismi che controllano il bilancio energetico

Introduzione: La leptina è un ormone secreto dal tessuto adiposo bianco (White Adipose Tissue, WAT) che informa il cervello circa lo stato delle riserve energetiche a lungo termine. La leptina si lega al suo recettore, ObRb, presente a livello di due distinte classi di neuroni ipotalamici, i neuroni NPY e POMC, situati a livello del nucleo arcuato (ARC). I neuroni NPY vengono depolarizzati dalla leptina e promuovono l’assunzione di cibo, mentre i neuroni POMC vengono depolarizzati dalla leptina e hanno un effetto opposto. Dopo la scoperta della leptina vennero fatti numerosi studi clinici per cercare di trattare i pazienti obesi con una terapia a base di questo ormone, ma i risultati furono scarsi. Infatti i pazienti obesi sono caratterizzati da livelli elevati di leptina plasmatica, accompagnati da uno stato di leptino-resistenza. In un nostro precedente lavoro abbiamo dimostrato che stimoli ambientali sono in grado di causare un aumento della sensibilità leptinica ipotalamica in topi giovani. La fluoxetina (FLX) è un inibitore della ricaptazione della serotonina, attualmente in uso per la terapia della depressione e studi recenti hanno dimostrato come questo farmaco abbia effetti plasticizzanti sul sistema nervoso centrale dei roditori in diverse aree cerebrali, tra cui corteccia visiva, ippocampo e midollo spinale. Lo scopo di questo lavoro è, quindi, quello di sfruttare gli effetti plasticizzanti della FLX e valutarne gli effetti sul bilancio energetico, sulla plasticità sinaptica ipotalamica e sulla sensibilità leptinica. Metodi: Abbiamo utilizzato topi adulti, sia magri che obesi a causa dell’assunzione di dieta grassa, e topi Ntrk2tm1Ddg/J, in cui la sostituzione di una fenilalanina con una alanina nel recettore per il BDNF, TrkB (anche noto come Ntrk2), fa sì che soltanto quando il topo viene trattato con composti quali 1NaPP1 il signaling del BDNF sia effettivamente bloccato. Questi topi sono stati trattati con FLX disciolta nell’acqua da bere per un periodo di 3 settimane e durante questo periodo sono stati misurati il peso corporeo e l’assunzione di cibo. E’ stata valutata la leptino-sensibilità sia misurando la risposta alla somministrazione di leptina esogena in termini di quantità di cibo ingerita, sia misurando il livello di fosforilazione di STAT3, il principale effettore di segnalazione intracellulare della leptina nell’ARC. La plasticità ipotalamica è stata valutata quantificando il rapporto tra stimolazione eccitatoria e inibitoria sui neuroni NPY e POMC dell’ARC. Risultati: Negli animali sia magri che obesi trattati con FLX abbiamo osservato una riduzione significativa del peso corporeo e un aumento dell’attività motoria spontanea. Inoltre la FLX è in grado di provocare una maggiore risposta alla somministrazione di leptina esogena, a livello di soppressione dell’appetito e di attivazione della sua via di segnalazione nell’ARC, nei topi magri. I topi obesitrattati con FLX mantengono un certo grado di leptino-sensibilità a livello centrale, monitorata tramite la fosforilazione di STAT3 nell’ARC.Nei topi magri la FLX causa un incremento dell’espressione ipotalamica del BDNF che si accompagna al riarrangiamento della circuiteria sinaptica dell’ARC, con modifiche del rapporto tra stimolazione eccitatoria e inibitoria sui neuroni NPY e POMC. Quando la via di segnalazione del BDNF viene parzialmente disattivata trattando i topi Ntrk2tm1Ddg/J con il composto 1NaPP1, le azioni della FLX sulla perdita di peso corporeo, sull’attività motoria spontanea e sull’aumento della leptino-sensibilità vengono perse. Conclusioni: I nostri risultati danno ulteriore conferma del fatto che la FLX sia in grado di influenzare l’omeostasi energetica attraverso l’aumento della spesa energetica; permettono inoltre di svelare un’azione della FLX sulla via di segnalazione della leptina nell’ipotalamo e dimostrano che queste azioni sono mediate dalla capacità della FLX di regolare positivamente l’espressione ipotalamica del BDNF

Haptoglobin is required to prevent oxidative stress and muscle atrophy.

BACKGROUND: Oxidative stress (OS) plays a major role on tissue function. Several catabolic or stress conditions exacerbate OS, inducing organ deterioration. Haptoglobin (Hp) is a circulating acute phase protein, produced by liver and adipose tissue, and has an important anti-oxidant function. Hp is induced in pro-oxidative conditions such as systemic inflammation or obesity. The role of systemic factors that modulate oxidative stress inside muscle cells is still poorly investigated. RESULTS: We used Hp knockout mice (Hp-/-) to determine the role of this protein and therefore, of systemic OS in maintenance of muscle mass and function. Absence of Hp caused muscle atrophy and weakness due to activation of an atrophy program. When animals were stressed by acute exercise or by high fat diet (HFD), OS, muscle atrophy and force drop were exacerbated in Hp-/-. Depending from the stress condition, autophagy-lysosome and ubiquitin-proteasome systems were differently induced. CONCLUSIONS: Hp is required to prevent OS and the activation of pathways leading to muscle atrophy and weakness in normal condition and upon metabolic challenges

Fluoxetine Modulates the Activity of Hypothalamic POMC Neurons via mTOR Signaling

Hypothalamic proopiomelanocortin (POMC) neurons are important players in the regulation of energy homeostasis; we previously demonstrated that environmental stimulation excites arcuate nucleus circuits to undergo plastic remodeling, leading to altered ratio between excitatory and inhibitory synaptic contacts on these neurons. The widely used selective serotonin reuptake inhibitor fluoxetine (FLX) is known to affect body weight. On the other hand, FLX administration mimics the effects of environmental stimulation on synaptic plasticity in the hippocampus and cortex. The mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway is instrumental in these phenomena. Thus, we aimed at investigating whether and how FLX affects POMC neurons activity and hypothalamic mTOR function. Adult mice expressing green fluorescent protein (GFP) under the POMC promoter were treated with FLX for 3 weeks resulting in diminished body weight. Patch clamp recordings performed on POMC neurons indicate that FLX increases their firing rate and the excitatory AMPA-mediated transmission, and reduces the inhibitory GABAergic currents at presynaptic level. Immunofluorescence studies indicate that FLX increases the ratio between excitatory and inhibitory synaptic contacts on POMC neurons. These changes are associated with an increased activity of the hypothalamic mTOR pathway. Use of the mTOR inhibitor rapamycin blunts the effects of FLX on body weight and on functional and structural plasticity of POMC neurons. Our findings indicate that FLX is able to remodel POMC neurons, and that this may be partly mediated by the mTOR signaling pathway

SARS-CoV-2 Infection Alters the Phenotype and Gene Expression of Adipocytes

Epidemiological evidence emphasizes that excess fat mass is associated with an increased risk of severe COVID-19 disease. Nevertheless, the intricate interplay between SARS-CoV-2 and adipocytes remains poorly understood. It is crucial to decipher the progression of COVID-19 both in the acute phase and on long-term outcomes. In this study, an in vitro model using the human SGBS cell line (Simpson-Golabi-Behmel syndrome) was developed to investigate the infectivity of SARS-CoV-2 in adipocytes, and the effects of virus exposure on adipocyte function. Our results show that SGBS adipocytes expressing ACE2 are susceptible to SARS-CoV-2 infection, as evidenced by the release of the viral genome into the medium, detection of the nucleocapsid in cell lysates, and positive immunostaining for the spike protein. Infected adipocytes show remarkable changes compared to uninfected controls: increased surface area of lipid droplets, upregulated expression of genes of inflammation (Haptoglobin, MCP-1, IL-6, PAI-1), increased oxidative stress (MnSOD), and a concomitant reduction of transcripts related to adipocyte function (leptin, fatty acid synthase, perilipin). Moreover, exogenous expression of spike protein in SGBS adipocytes also led to an increase in lipid droplet size. In conclusion using the human SGBS cell line, we detected SARS-CoV-2 infectivity in adipocytes, revealing substantial morphological and functional changes in infected cells

The effect of obesity on protein carbonylation, antioxidant response and mitochondrial function in the absence of Haptoglobin.

<p>Each panel shows WT (white bars) and Hp^-/- (black bars) skeletal muscle under regular Chow Food Diet Feeding (the same as <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0100745#pone-0100745-g001" target="_blank">figures 1</a>, <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0100745#pone-0100745-g002" target="_blank">2</a> and <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0100745#pone-0100745-g003" target="_blank">3</a>, referred to as “CFD”, n = 6–8) and in the obesity condition following 12 weeks of High Fat Diet (referred to as “HFD”, n = 6). A) Oxyblot reveals an obesity dependent increase in carbonylated proteins in the <i>EDL</i> and <i>Soleus</i> muscle of Hp^-/- mice. B) mRNA analysis for anti-oxidant response (names of genes as indicated) in <i>Tibialis anterior</i> muscle. C) mRNA analysis for mitochondrial biogenesis (names of genes as indicated) in the skeletal muscle: obesity dependent down regulation of <i>PGC1α</i> in HFD Hp^-/- mice, and <i>Tfam</i> upregulation in HFD WT animals. D) Mitochondrial response to oligomycin in single myofibers isolated from <i>flexor digitorum brevis</i> (FDB) skeletal muscles of WT and Hp^-/- mice. Where indicated, 6 µM oligomycin (arrow) or 4 µM of the protonophore carbonylcyanide-<i>p</i>-trifluoromethoxyphenyl hydrazone (FCCP) (arrowhead) were added. Traces represent tetramethylrhodamine methyl ester (TMRM) fluorescence as the mean of all the fibers of a group (n≥12). Fibers are considered as depolarized when they lose more than 10% of initial value of TMRM fluorescence after oligomycin addition. mRNA analysis and histological assessment are performed on <i>Tibialis anterior</i> skeletal muscle. Data are expressed as mean ± SEM. *P<0.05; **P<0.01; §P<0.05; §§P<0.01; §§§P<0.001.</p

Haptoglobin activates innate immunity to enhance acute transplant rejection in mice

Immune tolerance to transplanted organs is impaired when the innate immune system is activated in response to the tissue necrosis that occurs during harvesting and implantation procedures. A key molecule in this immune pathway is the intracellular TLR signal adaptor known as myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88). After transplantation, MyD88 induces DC maturation as well as the production of inflammatory mediators, such as IL-6 and TNF-α. However, upstream activators of MyD88 function in response to transplantation have not been identified. Here, we show that haptoglobin, an acute phase protein, is an initiator of this MyD88-dependent inflammatory process in a mouse model of skin transplantation. Necrotic lysates from transplanted skin elicited higher inflammatory responses in DCs than did nontransplanted lysates, suggesting DC-mediated responses are triggered by factors released during transplantation. Analysis of transplanted lysates identified haptoglobin as one of the proteins upregulated during transplantation. Expression of donor haptoglobin enhanced the onset of acute skin transplant rejection, whereas haptoglobin-deficient skin grafts showed delayed acute rejection and antidonor T cell priming in a MyD88-dependent graft rejection model. Thus, our results show that haptoglobin release following skin necrosis contributes to accelerated transplant rejection, with potential implications for the development of localized immunosuppressive therapies