Indagine sul ruolo dei processi biologici e delle alterazioni genetiche caratteristiche dell'invecchiamento nell'insorgenza della demenza

Background: Alzheimer's Disease (AD) represents the primary cause of dementia, with a prevalence projected to triple by 2050. AD's etiology is recognized as complex and multifactorial. Contemporary research has moved beyond the exclusive focus on the amyloid cascade, shifting attention to the alteration of biological processes that define the "hallmarks" of aging. From this perspective, aging itself is considered the main risk factor for the onset of dementia. Study Objective: This PhD project was developed at the Golgi Cenci Foundation in Abbiategrasso, a research center specialized in cerebral aging and related pathologies. The main objective of this work is to demonstrate the effectiveness of the multidimensional and longitudinal approach adopted by the Foundation as an optimal strategy to decipher the complex, multifactorial etiology of dementia. Materials and Methods: The project integrated the analysis of different types of biological samples, adopting a multidisciplinary and longitudinal approach: 1. Transcriptomic analysis on post-mortem brain tissue (AD subjects, those with Lewy Body Dementia (LBD), and controls); 2. Functional analysis on primary cell cultures of skin fibroblasts (AD subjects and controls); 3. Longitudinal profiling of plasma biomarkers (inflammatory and neurodegenerative) on samples collected within the framework of the InveCe.Ab cohort study. Results and Discussion: Transcriptomic analysis highlighted distinct molecular signatures in different brain areas. Regions affected early in AD (hippocampus and temporal cortex) show a strong deregulation of genes related to synaptic transmission and plasticity. Conversely, less involved areas (cingulate gyrus and substantia nigra) exhibit the deregulation of genes linked to proteostasis. We, therefore, hypothesized that the failure of proteostasis is an early hallmark that precedes widespread synaptic compromise. Furthermore, the comparison with LBD brains revealed that, although LBD shows a lower degree of general deregulation, the alteration of proteostasis and inflammation emerge as common molecular patterns with AD, suggesting their possible role in determining cerebral aging with a pathological course. Preliminary results on AD fibroblasts highlighted reduced cellular resilience, manifested by a higher basal level of DNA damage and reduced mitochondrial function. Finally, the longitudinal plasma analysis identified specific inflammatory and neurodegenerative profiles as potentially predictive of AD onset. A time-dependent inflammatory "switch" was also detected (e.g., CCL4 and IL-10), with levels decreasing over time in subjects who develop AD but increasing in stable controls, suggesting an accelerated aging process in the presence of the pathology. Resilient elderly individuals, however, showed lower plasma levels of pTau-217, pTau-231, and inflammatory markers compared to non-resilient individuals, indicating that cognitive and affective reserve may act as a biological "buffer" against the pathological load. Conclusions: The data obtained outline a pathological context characterized by an interconnected dysfunction of fundamental cellular processes, such as protein homeostasis and mitochondrial function, and by a degree of neurodegeneration traceable both centrally and peripherally. The ability to correlate these biological data with longitudinal clinical and neuropsychological information significantly amplifies their interpretative meaning, confirming the value of the "Golgi Cenci model" in the field of research on aging and related pathologies.

Background: La Malattia di Alzheimer (AD) rappresenta la causa primaria di demenza, con una prevalenza che è prevista triplicare entro il 2050. L'eziologia dell'AD è riconosciuta come complessa e multifattoriale. La ricerca contemporanea ha superato l'esclusiva focalizzazione sulla cascata amiloide, spostando l'attenzione sull'alterazione dei processi biologici che definiscono gli "hallmarks" dell'invecchiamento. In questa prospettiva, l'invecchiamento stesso è considerato il principale fattore di rischio per l'insorgenza della demenza. Obiettivo dello studio: Questo progetto di dottorato è stato sviluppato presso la Fondazione Golgi Cenci di Abbiategrasso, un centro di ricerca specializzato nell'invecchiamento cerebrale e nelle patologie correlate. L'obiettivo principale del lavoro è dimostrare l'efficacia dell'approccio multidimensionale e longitudinale adottato dalla Fondazione come strategia ottimale per decifrare la complessa eziologia multifattoriale della demenza. Materiali e Metodi: Il progetto ha integrato l'analisi di diverse tipologie di campioni biologici, adottando un approccio multidisciplinare e longitudinale: 1. Analisi trascrittomica su tessuto cerebrale post-mortem (soggetti AD, con demenza a corpi di Lewy (LBD) e controlli); 2. Analisi funzionale su colture cellulari primarie di fibroblasti cutanei (soggetti AD e controlli). 3. Profilazione longitudinale di biomarcatori plasmatici (infiammatori e neurodegenerativi) su campioni raccolti nell'ambito dello studio di coorte InveCe.Ab. Risultati e Discussione: L'analisi trascrittomica ha evidenziato firme molecolari distinte nelle diverse aree cerebrali. Le regioni precocemente colpite nell'AD (ippocampo e Corteccia temporale) mostrano una forte deregolazione dei geni correlati alla trasmissione sinaptica e alla plasticità. Al contrario, le aree meno coinvolte (giro del cingolo e sostanza nera) presentano la deregolazione di geni legati alla proteostasi. Abbiamo quindi ipotizzato che il fallimento della proteostasi sia un hallmark precoce che precede la diffusa compromissione sinaptica. Il confronto con i cervelli LBD ha inoltre rivelato che, sebbene la LBD mostri un minor grado di deregolazione generale, l'alterazione della proteostasi e l'infiammazione emergono come pattern molecolari comuni con l'AD, suggerendone un possibile ruolo nel determinare un invecchiamento cerebrale con decorso patologico. I risultati preliminari sui fibroblasti AD hanno evidenziato una ridotta resilienza cellulare, manifestata da un maggiore livello basale di danno a carico del DNA e una ridotta funzionalità mitocondriale. Infine, l'analisi plasmatica longitudinale ha identificato specifici profili infiammatori e neurodegenerativi come potenzialmente predittivi dell'insorgenza di AD. È stato rilevato inoltre uno "switch" infiammatorio tempo-dipendente (es. CCL4 e IL-10), con livelli che diminuiscono nel tempo nei soggetti che sviluppano AD, ma aumentano nei controlli stabili, suggerendo un processo di invecchiamento accelerato in presenza della patologia. Gli individui anziani resilienti hanno mostrato, invece, livelli plasmatici inferiori di pTau-217, pTau-231 e di marcatori infiammatori rispetto ai non resilienti, indicando come la riserva cognitiva e affettiva possano agire come un “tampone” biologico contro il carico patologico. Conclusioni: I dati ottenuti delineano un contesto patologico caratterizzato da una disfunzione interconnessa di processi cellulari fondamentali, quali l'omeostasi proteica e la funzione mitocondriale, e da un grado di neurodegenerazione tracciabile sia centralmente che perifericamente. La possibilità di correlare questi dati biologici con informazioni cliniche e neuropsicologiche longitudinali amplifica notevolmente il loro significato interpretativo, confermando il valore del "modello Golgi Cenci" nel panorama della ricerca sull'invecchiamento e le patologie correlate.