Mecp2 deficiency, the gene responsible for Rett syndrome (RTT), affects brain maturation by impairing neuronal activity, transcription and morphology. These three elements are physiologically linked in a feed-forward cycle where neuronal activity modulates transcription and morphology to further increase network maturity. We hypothesized that the reduced activity displayed by maturing Mecp2 null neurons during development could perturb such cycle, sustaining an improper transcriptional program that, ultimately, impairs neuronal maturation. Accordingly, we show that by enhancing activity within an early time window, Ampakine redirects, in vitro, the development of null neuronal networks towards more physiological routes. Similarly, the administration of the drug to newborn null offspring delays the progression of symptoms, significantly prolonging life span. Our data highlights the role of altered neuronal activity during the establishment of Mecp2 null networks and the importance of such early defects to the typically poor maturity of RTT brain functions in adulthood. We propose the existence of an "early molecular phase" of Rett syndrome, a detailed description of which might disclose relevant targets for new rescue treatments.

The beneficial effects of Neural Precursor Cell (NPC) transplantation in several neurological disorders are well established and they are generally mediated by the secretion of immunomodulatory and neurotrophic molecules. We therefore investigated whether Rett syndrome (RTT), that represents the first cause of severe intellectual disability in girls, might benefit from an NPC-based therapy. Using in vitro co-cultures, we demonstrate that, by sensing the pathological context, NPC-secreted factors induce the recovery of morphological and synaptic defects typical of Mecp2 deficient neurons. In vivo, we prove that intracerebral transplantation of NPCs in RTT mice significantly ameliorates neurological functions. To uncover the molecular mechanisms underpinning the mediated benefic effects, we analysed the transcriptional profile of the cerebellum of transplanted animals, disclosing the possible involvement of the Interferon γ (IFNγ) pathway. Accordingly, we report the capacity of IFNγ to rescue synaptic defects, as well as motor and cognitive alterations in Mecp2 deficient models, thereby suggesting this molecular pathway as a potential therapeutic target for RTT.

Abstract Synaptic abnormalities represent a hallmark for several neurological diseases and clarification of the underlying mechanisms constitutes a crucial step towards the development of therapeutic strategies. Rett syndrome (RTT) is a rare neurodevelopmental disorder, mainly affecting females, caused by heterozygous mutations in the X-linked Methyl-CpG-Binding Protein 2 ( MECP2 ) gene, leading to a deep derangement of synaptic connectivity. Although initial studies have supported the exclusive involvement of neurons, recent data have highlighted the pivotal contribution of astrocytes in RTT pathogenesis through non-cell autonomous mechanisms. Since astrocytes regulate synaptogenesis by releasing multiple molecules, we investigated the influence of soluble factors secreted by Mecp2 KO astrocytes on synaptic density. We found that Mecp2 deficiency in astrocytes negatively affects their ability to support synapse formation by releasing synaptotoxic molecules, among which we identified interleukin-6 (IL-6). Notably, aberrant IL-6 expression exclusively emerges from a dysfunctional astrocyte-neuron crosstalk, and blocking IL-6 activity prevents synaptic alterations.