Altered transcriptional and epigenetic regulation affects brain cells proliferation and differentiation in the ultra-rare genetic demyelinating disease AGC1 deficiency: a study on in vitro models

AGC1 deficiency is a rare demyelinating disease caused by mutations in the SLC25A12 gene, which encodes for the mitochondrial glutamate-aspartate carrier 1 (AGC1/Alarar), highly expressed in the central nervous system. In neurons, impairment in AGC1 activity leads to reduction in N-acetyl-aspartate, the main lipid precursor for myelin synthesis (Profilo et al., 2017); in oligodendrocytes progenitors cells, AGC1 down regulation has been related to early arrest proliferation and premature differentiation (Petralla et al., 2019). Additionally, in vivo AGC1 deficiency models i.e., heterozygous mice for AGC1 knock-out and neurospheres from their subventricular zone, respectively, showed a global decrease in cells proliferation and a switch in neural stem cells (NSCs) commitment, with specific reduction in OPCs number and increase in neural and astrocytic pools (Petralla et al., 2019). Therefore, the present study aims to investigate the transcriptional and epigenetic regulation underlying the alterations observed in OPCs and NSCs biological mechanisms, in either AGC1 deficiency models of Oli-neu cells (murine immortalized oligodendrocytes precursors cells), partially silenced by a shRNA for SLC25A12 gene, and SVZ-derived neurospheres from AGC1+/- mice. Western blot and immunofluorescence analysis revealed significant variations in the expression of transcription factors involved in brain cells’ proliferation and differentiation, in association with altered histone post-translational modifications, as well as histone acetylases (HATs) and deacetylases (HDACs) activity/expression, suggesting an improper transcriptional and epigenetic regulation affecting both AGC1 deficiency in vitro models. Furthermore, given the large role of acetylation in controlling in specific time-windows OPC maturation (Hernandez and Casaccia; 2015), pharmacological HATs/HDACs inhibitions were performed, confirming the involvement of chromatin remodelling enzymes in the altered proliferation and early differentiation observed in the AGC1 deficiency models of siAGC1 Oli-neu cells and AGC1+/- mice-derived neurospheres.

Comprendere come lo stato genetico di TP53 influenza la risposta al deficit indotto sul Complesso I mitocondriale come terapia anticancro

Il Complesso I (CI) mitocondriale è uno dei target metabolici più promettenti nelle terapie anti- cancro. In particolare, la metformina è un inibitore noto del CI, capace di inibire la crescita delle cellule tumorali, ma non di eradicare la patologia. Recentemente, l’associazione metformina ed ipoglicemia si è rivelata letale per i tumori, sebbene l’efficacia terapeutica del trattamento sinergico possa essere influenzata dall’accumulo di alterazioni genetiche nei più noti drivers della tumorigenesi. Abbiamo così investigato l’effetto dello stress metabolico indotto dalla restrizione di glucosio in un pannello di linee cellulari tumorali con un severo deficit sul CI e con un diverso stato genetico di TP53. Il deficit del CI associato alla carenza di glucosio inducono un abbattimento dei livelli di espressione della proteina p53 mutata, ma non della controparte wild-type. Il fenomeno biologico osservato non dipende né da un blocco trascrizionale, né dall’innesco di vie di degradazione intracellulare, come proteasoma ed autofagia. La scomparsa di p53 mutata, invece, sembra dipendere da un blocco generale della sintesi proteica, verosimilmente indotto dallo stress energetico e nutrizionale. Nella controparte p53 wild-type, invece, si osserva solo una parziale riduzione della sintesi proteica, suggerendo l’innesco di possibili vie di adattamento per compensare il danno sul CI. La carenza di amminoacidi è una caratteristica dei tumori solidi che potrebbe essere esacerbata in condizioni di deficit generali della catena respiratoria mitocondriale. In particolare, l’inibizione del CI causa auxotrofia da aspartato, metabolita limitante per la proliferazione, condizione che potrebbe generare il blocco della sintesi proteica osservato. L’incremento di espressione dei livelli del trasportatore aspartato/glutatammato mediata da p53 mutata compensa l’auxotrofia da aspartato, identificando un meccanismo di adattamento al deficit del CI. Dunque, i risultati ottenuti sottolineano l’importanza di implementare la terapia anti-complesso I nel cancro, poiché il diverso stato di p53 può alterare l’efficacia del trattamento.