Una nuova terapia genica inverte i deficit della sindrome dell'X fragile in un modello preclinico / New gene therapy reverses Fragile X deficits in preclinical model

Una nuova terapia genica inverte i deficit della sindrome dell'X fragile in un modello preclinico / New gene therapy reverses Fragile X deficits in preclinical model

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una nuova terapia genica ripristina le funzioni cerebrali ed il comportamento nei topi, offrendo speranza per il trattamento della sindrome dell'X fragile (FXS) e potenzialmente di altri disturbi neurosviluppali di origine genetica.

Secondo uno studio condotto dall'Università della California, Riverside (CA, USA), una terapia genica progettata per sostituire una proteina cerebrale mancante ha ripristinato la normale attività cerebrale e migliorato il comportamento in un modello murino di sindrome dell'X fragile.

I risultati, pubblicati sulla rivista Molecular Therapy Nucleic Acids, suggeriscono che la terapia genica potrebbe un giorno affrontare la causa alla base della sindrome dell'X fragile, anziché limitarsi a trattarne i sintomi.

La sindrome dell'X fragile ( FXS) colpisce circa il 2-3% degli individui con diagnosi di autismo ed è una delle cause genetiche meglio definite di disabilità dello sviluppo neurologico. La condizione si verifica quando una mutazione nel gene FMR1 impedisce la produzione della ribonucleoproteina messaggera dell'X fragile (FMRP), una proteina che regola la comunicazione tra le cellule cerebrali.

"In un cervello normale, la proteina FMRP agisce come un freno od un regolatore di volume", ha spiegato Iryna Ethell, autrice senior dello studio e professoressa di scienze biomediche presso la Facoltà di Medicina dell'Università della California, Riverside. "Senza di essa, i circuiti neurali diventano iperattivi e meno efficienti, il che contribuisce a molte delle difficoltà di sviluppo e comportamentali associate alla sindrome dell'X fragile."

Ethell ed il suo gruppo hanno utilizzato un virus adeno-associato modificato, AAV9, per introdurre una versione umana sana del gene FMR1 in topi neonati privi di FMRP. La terapia veicolava l'isoforma 7 di FMR1 umana, una delle forme più abbondanti della proteina nel cervello.

I ricercatori hanno somministrato una dose bassa od alta poco dopo la nascita ed in seguito hanno esaminato l'attività cerebrale ed il comportamento.

Hanno scoperto che il trattamento ad alto dosaggio produceva miglioramenti significativi. I topi trattati mostravano un'attività delle onde cerebrali gamma normalizzata, una riduzione del rumore neurale di fondo, risposte migliorate ai suoni, un comportamento esplorativo normale, interazioni sociali più forti ed una maggiore flessibilità cognitiva, ovvero la capacità di adattarsi al cambiamento delle circostanze.

Un test ha misurato l'apprendimento probabilistico per inversione, che richiede agli animali di cambiare strategia quando un comportamento precedentemente premiato non produce più una ricompensa.

"I topi affetti da sindrome dell'X fragile tendono a persistere con una vecchia soluzione anche dopo il cambiamento delle regole", ha continuato Ethell. "Dopo il trattamento, sono diventati molto più bravi ad adattarsi, ottenendo prestazioni simili a quelle dei topi con una normale funzione del gene FMR1 ."

I risultati hanno inoltre evidenziato l'importanza della tempistica. La terapia è stata somministrata durante una fase precoce dello sviluppo, quando il cervello rimane altamente adattabile.

"Il cervello in via di sviluppo presenta finestre temporali critiche durante le quali i circuiti neurali sono ancora in fase di formazione", ha aggiunto Ethell. "I nostri risultati suggeriscono che ripristinare la proteina FMRP durante queste finestre temporali potrebbe consentire al cervello di svilupparsi in modo più normale."

I ricercatori hanno scoperto che un'ampia distribuzione della terapia in tutto il cervello era essenziale. Mentre alcuni animali trattati con basse dosi hanno tratto beneficio quando producevano livelli sufficienti della proteina, la dose elevata ha prodotto effetti terapeutici più costanti perché ha raggiunto una porzione maggiore del cervello.

Gli attuali trattamenti per la sindrome dell'X fragile si concentrano principalmente su sintomi quali ansia, difficoltà di attenzione, convulsioni e problemi comportamentali. La terapia genica, al contrario, mira a ripristinare la produzione della proteina associata alla malattia.

"Per molti anni, i trattamenti si sono concentrati sulla riduzione delle conseguenze della perdita di FMRP", ha osservato Ethell. "Ciò che rende questo approccio entusiasmante è che si concentra sulla causa principale della patologia stessa."

Ethell ha spiegato che la terapia non ripara il gene FMR1 mutato originale. Piuttosto, introduce nelle cellule cerebrali un "costrutto", ovvero una copia funzionale del gene. Il costrutto è stato progettato da Neurogene Inc. (New York, USA) con elementi regolatori studiati per mantenere la produzione proteica entro i limiti della norma.

Sebbene i risultati siano promettenti, Ethell ha sottolineato che la ricerca è ancora in fase preclinica.

"Questo studio è stato condotto sui topi, ed il cervello umano è molto più grande e complesso", ha affermato. "La prossima sfida è sviluppare metodi di somministrazione che possano garantire una distribuzione capillare e sicura in tutto il cervello umano."

Studi futuri valuteranno versioni della terapia somministrabili per via endovenosa, un approccio clinicamente più pratico rispetto alle iniezioni dirette nel cervello utilizzate nello studio attuale. Si prevede che la somministrazione endovenosa non sia limitata dalla barriera emato-encefalica, una rete protettiva di cellule che impedisce il passaggio di molte sostanze dal flusso sanguigno al cervello.

Ethell ha anche affermato che una diagnosi precoce potrebbe essere importante qualora terapie simili arrivassero in clinica.

"Oltre alla sindrome dell'X fragile, i risultati potrebbero fornire una tabella di marcia per il trattamento di altri disturbi neuroevolutivi genetici causati dalla perdita di una singola proteina cruciale", ha riflettuto. "Il nostro studio dimostra che potrebbe essere possibile ripristinare la funzionalità di complesse reti cerebrali sostituendo un gene mancante. Questo ci dà motivo di essere ottimisti sul futuro della medicina genetica."

ENGLISH

A novel gene therapy restores brain function and behavior in mice, offering hope for treating Fragile X syndrome (FXS) and potentially other genetic neurodevelopmental disorders.

A gene therapy designed to replace a missing brain protein restored normal brain activity and improved behavior in a mouse model of FXS, according to a University of California, Riverside-led (CA, USA) study.

The findings, published in Molecular Therapy Nucleic Acids, suggest that gene therapy may one day address the underlying cause of FXS rather than simply treating its symptoms.

FXS affects approximately 2-3% of individuals diagnosed with autism and is one of the best-defined genetic causes of neurodevelopmental disability. The condition occurs when a mutation in the FMR1 gene prevents the production of Fragile X messenger ribonucleoprotein (FMRP), a protein that regulates communication between brain cells.

“In a typical brain, FMRP acts like a brake or a volume control,” explained Iryna Ethell, the paper’s senior author and a professor of biomedical sciences in the University of California, Riverside School of Medicine. “Without it, neural circuits become overactive and less efficient, which contributes to many of the developmental and behavioral challenges associated with FXS.”

Ethell and her team used a modified adeno-associated virus, AAV9, to deliver a healthy human version of the FMR1 gene into newborn mice lacking FMRP. The therapy carried human FMR1 isoform 7, one of the most abundant forms of the protein in the brain.

The researchers administered either a low or high dose shortly after birth and later examined brain activity and behavior.

They found the high-dose treatment produced significant improvements. Treated mice showed normalized gamma brain-wave activity, reduced background neural noise, improved responses to sound, normal exploratory behavior, stronger social interactions and improved cognitive flexibility – the ability to adapt when circumstances change.

One test measured probabilistic reversal learning, which requires animals to change strategies when a previously rewarded behavior no longer produces a reward.

“Fragile X mice tend to persist with an old solution even after the rules change,” Ethell continued. “After treatment, they became much better at adapting, performing similarly to mice with normal FMR1 function.”

The results also highlighted the importance of timing. The therapy was administered during an early developmental period when the brain remains highly adaptable.

“The developing brain has critical windows when neural circuits are still being formed,” Ethell added. “Our findings suggest that restoring FMRP during those windows may allow the brain to develop more normally.”

The researchers found that broad distribution of the therapy throughout the brain was essential. While some low-dose animals benefited when they produced sufficient levels of the protein, the high dose delivered more consistent therapeutic effects because it reached a larger portion of the brain.

Current treatments for FXS primarily address symptoms such as anxiety, attention difficulties, seizures and behavioral challenges. Gene therapy, by contrast, aims to restore production of the protein associated with the disorder.

“For many years, treatments have focused on reducing the consequences of losing FMRP,” Ethell noted. “What makes this approach exciting is that it targets the root cause of the condition itself.”

Ethell explained the therapy does not repair the original mutated FMR1 gene. Instead, it delivers a ‘construct’ – a functional copy of the gene to brain cells. The construct was engineered by Neurogene Inc. (NY, USA) with regulatory elements designed to keep protein production within a normal range.

Although the results are promising, Ethell emphasized that the research remains at the preclinical stage.

“This was a study in mice, and human brains are much larger and more complex,” she said. “The next challenge is developing delivery methods that can safely achieve broad distribution throughout the human brain.”

Future studies will evaluate versions of the therapy that can be administered intravenously, a more clinically practical approach than the direct brain injections used in the current study. Intravenous administration is not expected to be limited by the blood–brain barrier – a protective network of cells that restricts the passage of many substances from the bloodstream into the brain.

Ethell also said that early diagnosis could be important if similar therapies reach the clinic.

“Beyond FXS, the findings may provide a roadmap for treating other genetic neurodevelopmental disorders caused by the loss of a single critical protein,” she mused. “Our study shows it may be possible to restore function across complex brain networks by replacing a missing gene. That gives us reason to be optimistic about the future of genetic medicine.”

Da:

https://www.biotechniques.com/drug-discovery-development/new-gene-therapy-reverses-fragile-x-deficits-in-preclinical-model/?utm_campaign=BioTechniques%20-%20Tech%20NL&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-9d0LuwQEnozHW3hC3vszyRTPlpBLf6QzG7towMl2ZyW-kK6FlBxdfkCrQ51vBjWTx-wJxmayL7iLMi0nK4PN_kUwOXPxZpYci_ROzIfE0BFM06EmU&_hsmi=433782452&utm_content=433720368&utm_source=hs_email