Ruolo del gene umano CYYR1: dallo studio funzionale dell'ortologo in Danio rerio alla potenziale implicazione in processi tumorigenici

Il locus CYYR1 identificato e clonato sul cromosoma 21 umano è stato caratterizzato dal punto di vista molecolare come un sistema multitrascritto, esclusivo dei vertebrati che ad oggi è orfano di una funzione specifica. Dati presenti in lettura e rintracciati mostrano una possibile relazione tra il gene CYYR1 e il pathway di Sonic Hedgehog (SHH). In questo progetto di tesi è stato utilizzato il modello animale Danio rerio per indagare il ruolo funzionale dell’ortologo (cyyr1), attraverso esperimenti di gain e loss of function che hanno permesso di dimostrare un suo coinvolgimento nello sviluppo del sistema nervoso centrale, del cuore e del tessuto muscolare. Lo studio dell’ortologo in zebrafish è stato associato all’utilizzo di linee cellulari di rabdomiosarcoma umano. I risultati ottenuti dall’induzione al differenziamento miogenico di queste linee, insieme ai dati ottenuti in Danio rerio, confermano il possibile coinvolgimento del gene CYYR1 nella miogenesi. Lo studio delle relazione tra il pathway di SHH e l’espressione del gene CYYR1 è stato condotto in entrambi i modelli con l’utilizzo di differenti inibitori della via di segnalazione. I risultati ottenuti mostrano che sistemi inibitori agenti direttamente sul recettore SMO riducono l’espressione del gene. Un dato inaspettato in Danio rerio ottenuto durante questi esperimenti di inibizione, ha aperto una nuova linea di ricerca in collaborazione con l’Università di Warwick tesa a verificare la relazione tra il gene cyyr1 e il gene lefty1. Gli esperimenti condotti presso il laboratorio della Prof.ssa Sampath hanno dimostrato la localizzazione del prodotto proteico cyyr1 in Danio rerio e indagato co-localizzazioni con la proteina lefty1. Infine, in collaborazione con Dr. Deflorian e della Prof.ssa Pistocchi, è stato generato un mutante di Danio rerio deleto per il gene cyyr1 con la tecnica CRISPR/Cas9. La caratterizzazione del mutante cyyr1 -/- ha confermato alcuni dei dati ottenuti attraverso esperimenti di loss of function.

Development of an innovative strategy to enhance the efficacy of gene therapy for CDKL5 deficiency disorder

CDKL5 (cyclin-dependent kinase-like 5) deficiency disorder (CDD) is a severe X-linked neurodevelopmental disease caused by mutations in the CDKL5 gene, characterized by early-onset epileptic seizures, intellectual disability, motor and visual impairment and respiratory dysregulation. Although pharmacological treatments are used to control seizures, there is currently no cure to ameliorate symptoms for CDD. Albeit delivery of a wild-type copy of the mutated gene to cells represents the most curative approach for a monogenic disease, proof-of-concept studies highlight significant efficacy caveats for brain gene therapy. The major one regards the low efficiency of gene delivery to the CNS by viral vectors. We used a secretable Igk-TATk-CDKL5 protein to enhance the efficiency of a gene therapy for CDD. In view of the properties of the Igk-chain leader sequence, the TATk-CDKL5 protein produced by infected cells is secreted via constitutive secretory pathways. Importantly, due to the transduction property of the TATk peptide, the secreted CDKL5 protein is internalized by cells. We compared the effects of a CDKL5 gene therapy with an IgK-TATk-CDKL5 gene therapy in a Cdkl5 KO mouse model to validate whether the Igk-TATk-CDKL5 approach significantly improve the therapeutic efficacy. We found that, although AAVPHP.B_Igk-TATk-CDKL5 and AAVPHP.B_CDKL5 vectors had similar brain infection efficiency, the AAVPHP.B_Igk-TATk-CDKL5 vector led to a higher CDKL5 protein replacement and Cdkl5 KO mice treated with the AAVPHP.B_Igk-TATk-CDKL5 vector showed a behavioral and neuroanatomical improvement in comparison with Cdkl5 KO mice treated with the AAVPHP.B_CDKL5 vector.