Globoid cell Leukodystrophy Disease (GLD) is a neurodegenerative life-threatening disease caused by genetic defects in the lysosomal enzyme galactosylceramidase (GALC). It involves dysfunctional metabolism of sphingolipids and is inherited in an autosomal recessive pattern. GLD manifests early in life (3 months to 6 years) with rapid progression (within 2 years) (Wenger DA et al. Hum Mutat 1997). There is no cure for GLD. Treatment options are still very poor (Kohlschutter A. Handb Clin Neurol 2013). Here, we consider GLD pathogenesis and therapy from an entirely new angle, evaluating GLD neurodegeneration and therapy by changing the focus from the neurons and oligodendrocytes to the non-parenchymal brain cells. Specifically, we studied the involvement of meninges in GLD pathogenesis and progression. Meninges are highly heterogeneous tissue with trophic, immune and neurogenic properties (Bifari et al Cell Stem Cell 2017). In this Telethon project, we assessed GLD-induced activation of meningeal immune cell and neural precursors in a mouse model of GLD at pre-onset, onset and late stage of the disease. We found at very early disease stage (pre-onset) a GLD-induced activation in meninges consisting of several immune cell types increased, including monocytes and neutrophils. Moreover, GLD-induced increase and modification of the distribution and phenotype of NPCs present in meninges. These data demonstrate, for the first time, that GLD-induced alterations are present in brain meninges before the clinical onset and the neural parenchyma involvement. Furthermore, we performed proof of concept of the efficacy and safety of supra-physiological GALC expression in human neurons derived from somatic adult human meningeal NPCs. LV-GALC transduced human meningeal NPCs, human meningeal derived-neurons, -oligodendrocytes and -brain organoids, which expressed supra-physiological level of GALC showed the maintenance of stem cell and multipotent neural differentiation potential. GALC-overexpressing brain organoids demonstrate self-assembly properties and differentiational potential in neurons, oligodendrocytes and astrocytes. Therefore LV-GALC transduction can be considered a potential therapeutic target for meningeal-directed in vivo gene therapy.

Meningi: target farmacologico sottovalutato per la leucodistrofia a cellule globoidi La leucodistrofia a cellule globoidi (GLD) è una grave malattia neurodegenerativa causata dalla mancanza del gene che codifica per l'enzima lisosomiale galattocerebrosidasi (GALC). Si tratta di una malattia ereditaria autosomica recessiva in cui l'assenza dell'enzima altera il metabolismo degli sfingolipidi. La GLD colpisce i bambini di età compresa tra i 3 mesi e i 6 anni e progredisce molto rapidamente (entro i 2 anni). Ad oggi non ci sono cure per la GLD e le terapie disponibili non sono sufficienti. In questo lavoro, studiamo da una prospettiva diversa la patogenesi ed eventuale terapia per la GLD, spostando la nostra attenzione dai neuroni e oligodendrociti, presenti nel cervello, alla componente stromale del cervello: le meningi. Il nostro obiettivo è quello di studiare il coinvolgimento delle meningi nei processi di patogenesi e progressione della malattia. Le meningi sono un tessuto eterogeneo, dotato di funzioni trofiche, immunitarie e neurogeniche. In questo progetto Telethon abbiamo valutato se la GLD può indurre l'attivazione di cellule immunitari e precursori neurali della meninge, in un modello murino di malattia, prima della manifestazione clinica della malattia, all'insorgenza e in fase avanzata di malattia. Dalle analisi effettuate, abbiamo scoperto un aumento di cellule immunitarie, inclusi monociti e neutrofili, nelle meningi prima dell'insorgenza della malattia. Inoltre, la GLD induce alterazioni del numero, distribuzione e fenotipo di precursori neurali in meninge. Questi dati dimostrano per la prima volta che nelle meningi che rivestono il cervello avvengono alterazioni indotte dalla malattia che si verificano prima dell'insorgenza clinica e del coinvolgimento del parenchima cerebrale stesso. Successivamente, abbiamo testato la sicurezza e l'efficacia della sovraespressione dell'enzima GALC in neuroni umani, derivati da precursori neurali della meninge umana adulta, trasdotti con un vettore lentivirale contenete GALC (LV-GALC). I precursori neurali, neuroni, oligodendrociti ed organoidi cerebrali derivati dalla meninge umana ed overesprimenti GALC mantengono le proprietà staminali e il potenziale differenziativo multipotente. Inoltre, gli organoidi cerebrali overespreimenti GALC sono in grado di auto-organizzarsi e differenziare in neuroni, oligodendrociti ed astrociti. Per cui la trasduzione con LV-GALC può essere considerato un potenziale approccio terapeutico per la terapia genica in vivo sulle meningi.

GLOBOID CELL LEUKODYSTROPHY

Leucodistrofia a cellule globoidi