Finanziato da Parent Project aps, il progetto coordinato da Silvia Consalvi è uno dei tre che ha ricevuto, attraverso il bando per la ricerca 2018, la tipologia di finanziamento detta Grant Application, per l’importo di 80.000€. Il progetto è iniziato ad aprile del 2019 e ha avuto una durata di due anni. Il team di ricerca ha testato per la prima volta l’efficacia di un farmaco – SRT2104 – che potrebbe contribuire a estendere nel tempo l’efficacia di givinostat includendo, quindi, pazienti con distrofia muscolare di Duchenne in fase avanzata.
Il trattamento farmacologico della distrofia muscolare di Duchenne (DMD) con inibitori delle istone deacetilasi (HDACi) è attualmente in fase di sperimentazione in studi clinici di fase 3 con il farmaco givinostat; tuttavia, studi preclinici in modelli animali della DMD (topi mdx) hanno indicato che gli effetti benefici degli HDACi sono limitati agli stadi iniziali della malattia e vengono mediati prevalentemente da una popolazione cellulare, i progenitori fibroadipogenici (FAPs), che si trova negli interstizi del tessuto muscolare, dove svolge un ruolo chiave durante la rigenerazione muscolare (Mozzetta et al., 2013; Saccone et al., 2014). In particolare, gli HDACi inducono i FAPs a mantenere un’azione pro-rigenerativa e prevengono la loro conversione in effettori cellulari della degenerazione fibro-adiposa dei muscoli. Tuttavia questi effetti terapeutici degli HDACi sono circoscritti alle fasi precoci della patologia. La perdita degli effetti benefici degli HDACi, osservata negli stadi più avanzati della DMD, è almeno in parte dovuta allo sviluppo di una resistenza dei FAPs agli HDACi (Mozzetta et al., 2013; Saccone et al., 2014).
Il primo obiettivo di questo progetto è stato, pertanto, spiegare i meccanismi biologici alla base di tale resistenza, al fine di sviluppare nuove strategie terapeutiche che possano allungare la finestra temporale di azione degli HDACi.
Gli studi del team della dottoressa Consalvi hanno dimostrato che i FAPs di topi mdx in fase avanzata della patologia esibiscono un’attività HDAC aberrante e, conseguentemente, alterazioni a livello del genoma dell’acetilazione istonica che conferiscono una parziale resistenza al trattamento con HDACi (Consalvi et al., 2021). I FAPs mdx a stadio avanzato mostrano, infatti, una minore acetilazione sui promotori di geni coinvolti nella proliferazione, associata a una ridotta espressione genica. Queste alterazioni non possono essere contrastate dal trattamento con HDACi, a causa di una resistenza generale all’iperacetilazione indotta dagli HDACi. Al contempo, FAPs mdx a stadio avanzato esibiscono una maggiore acetilazione ed espressione dei geni coinvolti nel fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP). Sorprendentemente, su questa categoria di geni gli HDACi riducono i livelli di acetilazione ed espressione genica.
Questi dati rivelano che, durante la progressione della DMD, i FAPs sviluppano caratteristiche associate alla patologia che ricordano la senescenza, ovvero l’invecchiamento cellulare. La ridotta proliferazione e l’attivazione della SASP nei FAPs risultano, inoltre, eventi distinti correlati alla patologia e farmacologicamente dissociabili. Infatti, mentre gli HDACi falliscono nel ripristinare le capacità proliferative dei FAPs, riescono a inibire la SASP suggerendo che il trattamento possa mantenere l’effetto anti-fibrotico e anti-infiammatorio anche a stadi tardivi della patologia (Consalvi et al., 2021).
La proliferazione cellulare è un meccanismo biologico dal grande dispendio energetico e dunque intimamente legato alle capacità metaboliche delle cellule. Studi precedenti hanno analizzato la connessione tra proliferazione e metabolismo nei FAPs (Reggio et al., 2020). I dati hanno rivelato che durante la progressione della DMD, i FAPs sviluppano alterazioni nella funzionalità dei mitocondri, organelli che rappresentano la principale fonte di energia delle cellule. Tale deficit funzionale determina un aumento dello stress ossidativo che rafforza la SASP e compromette le capacità proliferative dei FAPs. In questo studio è stato, quindi, valutato il trattamento farmacologico con SRT2104, attivatore della Sirtuina1, quale agente in grado di promuovere l’attività mitocondriale. I risultati delle analisi hanno dimostrato che SRT2104 è stato in grado di incrementare le capacità metaboliche dei FAPs a stadi tardivi della DMD riportandole ai livelli dei FAPs a stadi precoci. Inoltre, il trattamento combinato di SRT2104 con givinostat ha permesso di recuperare l’attività mitocondriale e ridurre la SASP, ripristinando il tasso proliferativo dei FAPs. Questi dati suggeriscono che i due trattamenti farmacologici possano sinergizzare, determinando un “ringiovanimento” delle FAPs in grado di estendere gli effetti pro-rigenerativi degli HDACi anche a pazienti in stadi avanzati della DMD.
Rappresentazione schematica dell’effetto di HDACi e SRT2104 sui FAPs durante la progressione della DMD.
Referenze
Mozzetta C, Consalvi S, Saccone V, Tierney M, Diamantini A, Mitchel KJ, Marazzi G, Borsellino G, Battistini L, Sassoon D et al (2013). Fibroadipogenic progenitors mediate the ability of HDAC inhibitors to promote regeneration in dystrophic muscles of young, but not old mdx mice. EMBO Mol Med 5: 626-639
Saccone V, Consalvi S, Giordani L, Mozzetta C, Barozzi I, Sandoná M, Ryan T, Rojas-Muñoz A, Madaro L, Fasanaro P et al (2014) HDAC-regulated myomiRs control BAF60 variant exchange and direct the functional phenotype of fibro-adipogenic progenitors in dystrophic muscles. Genes Dev 28: 841-857
Consalvi S, Tucciarone L, Macrì E, De Bardi M, Picozza M, Salvatori I, Renzini A, Valente S, Mai A, Moresi V, Puri PL (2021). Partial resistance to HDAC inhibitors in FAPs of dystrophic muscles at late stages of disease is associated to epigenetic and transcriptional features of cellular senescence. BioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2021.04.26.441412
Reggio A, Rosina M, Krahmer N, Palma A, Petrilli LL, Maiolatesi G, Massacci G, Salvatori I, Valle C, Testa S et al (2020) Metabolic reprogramming of fibro/adipogenic progenitors facilitates muscle regeneration. Life Sci Alliance 3(3):e202000646