Un metodo comportamentale versatile per studiare gli effetti dell'ormone tiroideo sulla funzione cerebellare

L’ormone tiroideo (TH) è indispensabile per lo sviluppo del cervello¹. In particolare, il suo ruolo nel cervelletto è fondamentale perché il deficit di TH nei primi anni di vita causa uno sviluppo cerebellare aberrante ^1,2. Ad esempio, nell’ipotiroidismo congenito, i pazienti presentano una serie di ritardi neurologici che includono deficit cognitivi e motori³. Per svelare il ruolo dell’TH nello sviluppo funzionale cerebellare, alcuni studi hanno limitato la carenza di TH in modo specifico per le cellule cerebellari⁴. Tuttavia, rispetto ai topi ipotiroidei congeniti generalizzati, in cui tutti i tessuti e le cellule sono affetti da deficit di TH, tali modelli cerebellari specifici mostrano un’atassia così sottile che i test comportamentali convenzionali, come i test di rotarod, impronta e trave di equilibrio, rilevano a malapena le differenze. Pertanto, per studiare a fondo gli effetti della TH sulla funzione cerebellare, è necessario un nuovo strumento di valutazione per rilevare un sottile cambiamento nella coordinazione motoria dei topi modello.

Il test del rotarod è lo strumento più comune per valutare la coordinazione motoria, originariamente sviluppato da Dunham e Miya⁵ e successivamente applicato a una versione accelerata da Jones e Roberts⁶. La latenza di caduta dall’asta rotante è interpretata come il test per la coordinazione motoria, e la sua semplicità e concisione lo rendono comunemente usato tra i ricercatori comportamentali che studiano la funzione motoria⁷. Tuttavia, la facilità d’uso di questo test è un’arma a doppio taglio. Poiché l’asta ruota automaticamente, i topi possono aggrapparsi e rimanere sull’asta rotante senza muoversi. Inoltre, i topi potrebbero avere l’intenzione di cadere piuttosto che rimanere in equilibrio sull’asta rotante. In entrambe le situazioni, la validità e l’affidabilità del test sono discutibili per valutare la “coordinazione motoria pura”⁷. In altre parole, non mira con precisione alla funzione cerebellare e coinvolge altri fattori come la forza muscolare per la presa.

Al posto degli strumenti convenzionali per la valutazione della coordinazione motoria, qui presentiamo un nuovo test comportamentale chiamato “ladder beam test”, che è stato recentemente sviluppato nel nostro laboratorio. Il test di camminata con scala orizzontale è stato progettato per valutare le complesse capacità motorie correlate al cervelletto: previsione feed-forward e integrazione del movimento⁸. Il dispositivo di prova era composto da quattro pezzi di plexiglass con fori (Figura 1). Le quattro piastre erano collegate in parallelo da viti e bastoncini inseriti nei fori delle piastre. Due piastre esterne sono state utilizzate per stabilizzare il dispositivo e due piastre interne sono state utilizzate per progettare i vari tipi di pioli della scala (Figura 2C). La larghezza del piolo è stata regolata in base alle dimensioni dell’animale per ridurre al minimo il movimento all’indietro degli animali (Figura 2B). La distanza dal punto di partenza alla porta era di 110 cm. Il dispositivo è stato posizionato a 60 cm sopra la panca e un cuscino di sicurezza è stato posizionato sotto il dispositivo (Figura 2A). La camera oscura è stata messa vicino all’obiettivo per motivare gli animali a muoversi verso l’obiettivo (Figura 2A).

Abbiamo esaminato gli effetti del TH sullo sviluppo funzionale cerebellare utilizzando topi transgenici che esprimono il recettore TH dominante-negativo (TR) nelle cellule cerebellari di Purkinje (topi Mf-1/FVB). Sia nel rotarod che nel ladder beam test, abbiamo osservato il fenotipo atassico cerebellare nei topi Mf-1/FVB; tuttavia, il test del fascio a scala è riuscito a rilevare differenze più significative rispetto al test del rotarod (Figura 3). Inoltre, la capacità di apprendimento motorio può essere valutata in modo più approfondito nel test del fascio a scala (Figura 3B, C). Come sfondo cellulare di un tale fenotipo comportamentale, l’induzione della depressione a lungo termine (LTD) è stata inibita e, invece, il potenziamento a lungo termine (LTP) è stato indotto a seguito di una stimolazione induttiva LTD nelle cellule di Purkinje Mf-1/FVB⁹. La LTD è essenziale per la coordinazione motoria e l’apprendimento motorio nel cervelletto¹⁰. Molti studi hanno riportato deficit motori e inibizione di LTD in topi knockout o mutati per geni regolatori chiave nella funzione cerebellare, tuttavia, nessuno studio ha mai riportato l’induzione di LTP a seguito di una stimolazione induttiva LTD^11,12. Nel complesso, questo fenomeno può essere unico per i topi Mf-1/FVB o per i topi carenti di TH (lo stesso fenomeno è stato osservato nei topi ipotiroidei ad esordio adulto), suggerendo che la TH regola la funzione cerebellare in modo diverso dalle altre proteine chiave. Se è così, è plausibile che i topi con azione TH anormale non mostrino atassia cerebellare allo stesso modo degli altri topi modello. Ciò sottolinea ancora una volta la necessità di un metodo specifico per valutare gli effetti dell’TH sulla funzione cerebellare. Questo articolo presenta un nuovo protocollo per studiare gli effetti della TH sulla funzione cerebellare utilizzando il test del fascio a scala di nuova costruzione.