La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e le neuropatie motorie ereditarie distali (dHMN) sono malattie distinte che mostrano una certa sovrapposizione genetica e condividono meccanismi patogenetici comuni, tra cui la degenerazione assonale. La patologia della giunzione neuromuscolare (NMJ) rappresenta un evento precoce che precede e contribuisce alla perdita dei motoneuroni (MN) nella SLA e nelle dHMN, con un’attiva denervazione/reinnervazione che si verifica durante il decorso della malattia. È importante notare che la differenziazione delle cellule muscolari e, in misura minore, delle cellule neuronali avviene non solo durante l'embriogenesi, ma anche nell'età adulta, per consentire la riparazione e la rigenerazione delle NMJ e dei muscoli danneggiati dopo infortuni o esercizio fisico. Tuttavia, le capacità rigenerative dei nervi periferici e dei muscoli diminuiscono con l'età, momento in cui si sviluppano SLA e dHMN. Questi dati sottolineano l'importanza di comprendere meglio come le disfunzioni del sistema nervoso periferico portino a dHMN e contribuiscano alla SLA, e di identificare fattori la cui sovraregolazione potrebbe promuoverne la rigenerazione.
Questo progetto si concentra sulla piccola proteina da shock termico HSPB3, che sta emergendo come un candidato interessante poiché: 1) rare varianti di HSPB3 sono legate a dHMN e SLA; 2) HSPB3 è sovraregolata durante la differenziazione di MN e mioblasti e promuove l'espressione di geni dello sviluppo; 3) la sovraregolazione di HSPB3 permette il recupero della differenziazione delle cellule di rabdomiosarcoma, cellule cancerose di origine miogenica che non riescono a differenziarsi e proliferano indefinitamente; 4) l'espressione di HSPB3 è compromessa nei MN portatori di una mutazione nel gene FUS, collegata alla SLA. Date queste premesse, il progetto mira a capire se incrementare HSPB3 possa mantenere la vitalità dei MN periferici e delle NMJ nella SLA e nelle dHMN, con potenziali effetti anche sul rabdomiosarcoma.
Innanzitutto, utilizzando MN derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) che esprimono (WT) o sono prive (KO) di HSPB3, studieremo se e come HSPB3 contribuisca alla rigenerazione assonale dei MN. Analizzeremo anche come le varianti di HSPB3 associate a dHMN e SLA contribuiscano alla vulnerabilità dei MN (AIM1). In secondo luogo, valuteremo se e come la perdita di HSPB3 (KO), le varianti patogene o il suo malfunzionamento (in un contesto mutante FUS) influenzino la generazione di NMJ funzionali usando colture 2D e organoidi neuromuscolari (NMO) (AIM2). In terzo luogo, genereremo una linea cellulare con reporter GFP per identificare attivatori dell'espressione di HSPB3 tramite screening farmacologico ad alta processività (AIM3). I composti scelti tra i farmaci approvati dalla FDA, capaci di sovraregolare HSPB3, saranno ulteriormente testati per le loro capacità pro-differenziative e pro-rigenerative in modelli cellulari e organoidi 3D.
Utilizzando modelli cellulari rilevanti e NMO recentemente sviluppati, questo progetto chiarirà il contributo della disfunzione di HSPB3 e delle sue varianti rare alle malattie dei MN, inclusa la SLA, e valuterà se il targeting di HSPB3 possa aumentare la capacità rigenerativa del sistema neuromuscolare. Identificherà inoltre farmaci candidati per future ricerche traslazionali sulle malattie dei MN e sul rabdomiosarcoma.