Sub-lethal concentrations of Aβ oligomers and glutamate induce ROS formation largely by calcium-mediated activation of the NADPH oxidase

This thesis investigates the early cellular and molecular mechanisms underlying neuronal hyperactivity in Alzheimer’s disease (AD), a phenomenon that emerges before classical pathological hallmarks such as amyloid plaques. In particular, the study focuses on the effects of sub-threshold concentrations of amyloid-β (Aβ42) oligomers and glutamate (Glu), which are known to dysregulate intracellular calcium (Ca²⁺) signaling and neuronal excitability. Using human neuroblastoma SH-SY5Y cells and primary rat cortical neurons, the work aims to reproduce early preclinical conditions of AD, where neuronal dysfunction occurs without overt toxicity or cell death. The results demonstrate that even sub-lethal stimuli can induce a Ca²⁺-dependent increase in reactive oxygen species (ROS), primarily mediated by NADPH oxidases (NOXs), without significant mitochondrial dysfunction or major metabolic alterations. Overall, this work provides new insights into the early events preceding neurodegeneration, highlighting oxidative stress and NOX activation as key contributors to the initial stages of Alzheimer’s disease and potential targets for early therapeutic intervention. Questa tesi analizza i meccanismi cellulari e molecolari precoci alla base dell’iperattività neuronale nella malattia di Alzheimer (AD), un fenomeno che si manifesta prima delle classiche alterazioni patologiche come le placche amiloidi. In particolare, lo studio si concentra sugli effetti di concentrazioni sub-soglia di oligomeri di amiloide-β (Aβ42) e glutammato (Glu), che alterano la segnalazione intracellulare del calcio (Ca²⁺) e l’eccitabilità neuronale. Utilizzando cellule di neuroblastoma umano SH-SY5Y e neuroni corticali primari di ratto, il lavoro riproduce condizioni tipiche delle fasi precliniche della malattia, in cui si osservano disfunzioni neuronali in assenza di tossicità evidente o morte cellulare. I risultati mostrano che anche stimoli sub-letali sono in grado di indurre un aumento dei livelli di specie reattive dell’ossigeno (ROS) dipendente dal Ca²⁺, principalmente mediato dalle NADPH ossidasi (NOX), senza significative alterazioni mitocondriali o metaboliche. Nel complesso, questo lavoro fornisce nuove evidenze sugli eventi precoci che precedono la neurodegenerazione, evidenziando il ruolo dello stress ossidativo e dell’attivazione delle NOX come fattori chiave nelle fasi iniziali della malattia di Alzheimer e come potenziali target terapeutici.