Effect of bilirubin on expression and localization of PGP and Mrp1 in the central nervous system
Year: 2008
Type: dissertation
Abstract: INTRODUZIONE \nA basse concentrazioni la bilirubina non coniugata (unconjugated bilirubin, UCB) prodotta dalla degradazione dell’emoglobina, sembra essere un potente anti-ossidante, mentre è estremamente dannosa ad alte concentrazioni, causando encefalopatia nei neonati con severo ittero. \nIl 70% dei bambini che presentano kernittero muoiono entro sette giorni di vita, mentre il 30% dei sopravvissuti manifesta irreversibili conseguenze come sordità, ritardo mentale e danni cerebrali permanenti. L’encefalopatia dovuta ad alti livelli di bilirubina rappresenta oggi la maggior causa di riammissione ospedaliera nei neonati entro il primo mese di vita. \nStoricamente gli studi riguardanti le modalità di ingresso della bilirubina nel sistema nervoso centrale si sono concentrati sulla barriera emato-encefalica (blood brain barrier, BBB), costituita dai microvasi e dai capillari del cervello (micro vessels, MV). \nTali studi hanno dimostrato come solamente la bilirubina non coniugata e non legata all’albumina del sangue, definita “bilirubina libera” (free bilirubin, Bf) sia capace di attraversare le membrane cellulari e diffondere nel tessuto. \nTuttavia i microvasi non sono l’unica interfaccia sangue-tessuto presente nel cervello. Una seconda barriera è costituita dai plessi coroidei (CP). Questi, collocati nei ventricoli del cervello, mediano il passaggio delle molecole dal sangue al liquido cefalorachidiano e viceversa, posseggono una ampia superficie di scambio, il più alto flusso sanguigno del sistema nervoso centrale ed un fenotipo barriera meno restrittivo rispetto ai microvasi del parenchima. \nL’ingresso della bilirubina nel cervello sembra essere attivamente controllato da due trasportatori appartenenti alla famiglia delle “ATP dependent transporters”, Mrp1 e Pgp. Tali trasportatori potrebbero mantenere bassa la concentrazione della bilirubina limitandone l’ ingresso a livello di barriere o agendo direttamente a livello delle cellule del parenchima. \nNonostante l’ impatto di questi trasportatori sulla disponibilità nel sistema nervoso centrale non solo della bilirubina ma egualmente di atre molecole potenzialmente tossiche, così come dei principi attivi, la loro espressione e localizzazione nelle interfacce sangue-cervello non sono del tutto chiare. Per tali motivi il lavoro di questi tre anni di tersi è stato incentrato a: \nIa) chiarire il livello di espressione proteica relativa di Mrp1 e Pgp nelle due principali barriere cerebrali, la BBB (blood brain barrier, barriera emano encefalica) e la BCSFB (blood CerebroSpinal Fluid barrier, barriera emato liquorale); \nIb) Definire l’andamento della loro espressione nel corso dello sviluppo post-natale in situazione fisiologica. \nII) Valutare l’effetto di elevati livelli serici di bilirubina sull’espressione di Mrp1 e Pgp nelle barriere emato encefaliche, come prima linea di difesa verso la bilirubina nel kernittero. \nPer raggiungere questo secondo obiettivo abbiamo utilizzato il ratto Gunn, considerato il modello in vivo per la sindrome di Crigler-Najjar e il kernittero. I ratti Gunn presentano elevati livelli di bilirubina serica ed un quadro clinico simile a quanto si riscontra nell’uomo. L’iperbilirubinemia, nel ratto, è dovuta ad una mutazione nell’enzima responsabile della coniugazione del pigmento, passaggio fondamentale per la sua successiva eliminazione. Nell’omozigote (jj) la bilirubina totale nel sangue (TBS) è molte volte più alta che nell’eterozigote (Jj) in cui l’allele non mutato codifica per l’enzima nella sua forma attiva, sufficiente a mantenere livelli di bilirubina normali. \nRISULTATI \nIa) Attraverso una quantificazione relativa dell’ espressione proteica, ottenuta tramite Western blot, abbiamo dimostrato una espressione speculare dei due trasportatori nelle interacce sangue cervello. \nMentre i microvasi sono caratterizzati dalla forte espressione di Pgp, ed i livelli di Mrp1 sono 15-20 volte inferiori rispetto ai plessi, questi ultimi presentano una elevata espressione di Mrp1 ed una quasi completa assenza di Pgp. \nPer quanto riguarda l’espressione di Mrp1 nei plessi coroidei (CP), abbiamo potuto evidenziare una differenza, con la massima espressione nel plesso del 4° ventricolo rispetto ai ventricoli laterali. \nTramite immunofluorescenza abbiamo poi evidenziato per entrambe i trasportatori una localizzazione lato sangue, con Pgp luminale nei vasi e Mrp1 baso-laterale nel plessi coroidei. \nIb) Anche l’andamento dell’espressione durane lo sviluppo post-natale differisce. Mentre Mrp1 è sin dalla nascita (2 giorni di vita) altamente espresso in entrambe le barriere, Pgp è inizialmente espresso a livelli più bassi (4,6 volte meno) rispetto all’ adulto (60 giorni). Contemporaneamente anche la densità dei vasi nel parenchima aumenta. \nII) Nel modello iperbilirubinemico rappresentato dal ratto Gunn, la TBS (jj) e molte volte più alta che nell’ eterozigote (Jj) e tale differenza permane per tutto l’arco di tempo esaminato (0-60 giorni dalla nascita). Al contrario la bilirubina libera (calcolata) è elevata solo nelle prime due settimane di vita, \nquando il rapporto bilirubina-albumina nel sangue è superiore all’unità. Poi, il rapido aumento della concentrazione ematica di albumina determina un significativo calo della Bf. \nMentre l’analisi degli effetti (macroscopici) dell’iperbilirubinemia sullo sviluppo degli emisferi cerebrali non evidenzia differenze tra Jj e jj; in questi ultimi la crescita del cervelletto è severamente inibita. Già a 17 giorni di vita l’ipoplasia del cervelletto si manifesta con una differenza nel peso del 50% nei jj rispetto agli animali normo bilirubinemici di pari età. \nDurante tale periodo anche l’espressione dei due trasportatori nelle barriere è modificata. \nL’espressione proteica di Pgp nella BBB degli animali iperbilirubinemici è aumentata ad ogni età presa in esame. Tuttavia tale incremento non modifica in maniera importante la quantità del trasportatore nei MV durante lo sviluppo post natale, rimanendo quindi poco espresso (5 volte meno rispetto all’adulto) almeno fino ai 17 giorni di vita. \nContemporaneamente la presenza Mrp1 nella BCSFB è inibita. Già a 9 giorni nel plesso del 4° ventricolo Mrp1 è il 50% rispetto al controllo (pari età, Jj). Anche se nei plessi dei ventricoli laterali l’inibizione dell’espressione è inferiore, nell’insieme la quantità di Mrp1 è fortemente ridotta negli animali iperbilirubinemici. \nContrariamente, nei ratti Jj, Mrp1 ha un andamento simile a quello descritto nella sezione (Ib). \nCONCLUSIONI \nI risultati da noi ottenuti sottolineano importanti differenze tra le due barriere. \nLa barriera emato-encefalica si sviluppa durante il primo periodo post-natale, in un ambiente caratterizzato dalla forte presenza di membrane cellulari. Similarmente l’espressione di Pgp è inizialmente bassa ed incrementa molto durante lo sviluppo post-natale. \nAl contrario I plessi coroidei appaiono precocemente in età embrionale, contribuiscono allo sviluppo del cervello e posseggono il più alta espressione di enzimi di fase II, coinvolti nel metabolismo di potenziali sostanze tossiche, del cervello. \nUn alto livello di Mrp1 sin dalla nascita suggerisce un suo coinvolgimento nel trasporto di qualche sostanza importante nello sviluppo del cervello o in un suo precoce coinvolgimento nel mantenimento dello stato ossido riduttivo, o nell’eliminazione di metabolici dal sistema nervoso centrale. \nElevati livelli di bilirubina, come nel modello Gunn, modulano sia l’espressione di Pgp nella BBB, che di Mrp1 nella BCSFB. \nTuttavia l’incremento nell’espressione di Pgp nei microvasi non sembra essere sufficiente a contrastare efficacemente l’ingresso della bilirubina libera, molto elevata fino al 17 giorno di vita. \nLa simultanea riduzione di Mrp1 nei plessi coroidei, può facilitare l’ingresso o ridurre l’efflusso della bilirubina nel liquido cefalo rachidiano, consentendo l’accumulo e conseguente danno dei tessuti esposti.
Author: Silvia Gazzin
Institution: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati
Language: English
Subfield: Oncology
Field: Medicine
Domain: Health Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W1595951203