Autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix-Saguenay (ARSACS) is a rare early-onset neurodegenerative disease associated with mutations in the SACS gene, which encodes sacsin, a 520 kDa multidomain protein. The principal hallmark of this disorder comprises atrophy of the upper vermis and loss of Purkinje cells (PCs) in the cerebellum. Loss of sacsin causes accumulation and bundling of perikaryal and dendritic neurofilaments with impaired mitochondrial dynamics (1). Most patients with ARSACS present the triad of spastic ataxia with peripheral neuropathy and upper cerebellar vermis atrophy. Retinal abnormalities are highly specific for ARSACS, and suggest retinal hyperplasia due to abnormal retinal development, thought the precise nature of retinal changes in ARSACS remains obscure (2). There is limited availability of human ocular and brain tissues, and there are few animal models for ARSACS that replicate the neuropathology and clinical phenotype seen in this disorder. Sacs−/− mice recapitulate well the phenotypic features seen in patients and the cellular characteristics in neuronal cells including reduced Purkinje cell firing rates, somatodendritic neurofilament bundles in Purkinje cells and cell loss in the cerebellum . Yet, retinal defects in mice have not been shown (3) .Recently, we generated a zebrafish sacs-null mutant line that replicates main features of ARSACS (4). In mutant embryos, we observed an increase in apoptotic cells densely distributed in the area of the eyes, a finding likely associated with the moderate "microphthalmia" seen in mutants. We also observed impaired visual function recorded using the optokinetic response in sacs−/− zebrafish. With eyes similar to humans in structure and function, zebrafish has become an established tool to study vision in vertebrates. Our main hypothesis is that null-sacs zebrafish embryos can help to disentangle the retinal phenotype of ARSACS. Our goal is to analyse more precisely putative retinal defects driven by the loss of sacsin in our model, with a future translational therapeutic value.

Danio rerio come modello per svelare nuove informazioni sui difetti retinici nell'atassia di Charlevoix-Saguenay (ARSACS). L'atassia spastica autosomica recessiva di Charlevoix-Saguenay (ARSACS) è una rara malattia neurodegenerativa ad esordio precoce associata a mutazioni nel gene SACS, che codifica per la sacsina, una proteina multidominio di 520 kDa. Il segno distintivo principale di questo disturbo comprende l'atrofia del verme superiore e la perdita delle cellule di Purkinje (PC) nel cervelletto. La perdita di sacsina causa l'accumulo e il raggruppamento di neurofilamenti pericarici e dendritici con dinamica mitocondriale alterata (1). La maggior parte dei pazienti con ARSACS presenta la triade di atassia spastica con neuropatia periferica e atrofia del verme cerebellare superiore. Le anomalie retiniche sono altamente specifiche per l'ARSACS e suggeriscono un'iperplasia retinica dovuta a uno sviluppo anormale della retina, sebbene la natura precisa dei cambiamenti retinici nell'ARSACS rimanga oscura (2). C'è una disponibilità limitata di tessuti oculari e cerebrali umani e ci sono pochi modelli animali per ARSACS che replicano la neuropatologia e il fenotipo clinico osservati in questo disturbo. I topi Sacs-/- ricapitolano bene le caratteristiche fenotipiche osservate nei pazienti e le caratteristiche cellulari nelle cellule neuronali, tra cui velocità di attivazione delle cellule di Purkinje ridotte, fasci di neurofilamenti somatodendritici nelle cellule di Purkinje e perdita di cellule nel cervelletto . Tuttavia, i difetti retinici nei topi non sono stati dimostrati (3). Recentemente, abbiamo generato una linea mutante di zebrafish con assenza di sacsina che replica le caratteristiche principali di ARSACS (4). Negli embrioni mutanti, abbiamo osservato un aumento delle cellule apoptotiche densamente distribuite nell'area degli occhi, un evento probabilmente associato alla moderata "microftalmia" osservata nei mutanti. Abbiamo anche osservato una funzione visiva compromessa valutata utilizzando la risposta optocinetica in sacs-/- zebrafish. Con occhi simili agli umani per struttura e funzione, il pesce zebra è diventato uno strumento consolidato per studiare la vista nei vertebrati. La nostra ipotesi principale è che gli embrioni di zebrafish null-sacs possano aiutare a districare il fenotipo retinico di ARSACS. Il nostro obiettivo è analizzare più precisamente i presunti difetti retinici guidati dalla perdita di sacsina nel nostro modello, con un futuro valore terapeutico traslazionale.

(1) E. M. Vingolo et al., "Myelinated retinal fibers in autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix-Saguenay," Eur. J. Neurol., vol. 18, no. 9, pp. 1187-1190, Sep. 2011, doi: 10.1111/j.1468-1331.2010.03335.x. (2) F.-X. Borruat, G. E. Holder, and F. Bremner, "Inner Retinal Dysfunction in the Autosomal Recessive Spastic Ataxia of Charlevoix-Saguenay," Front. Neurol., vol. 8, Oct. 2017, doi: 10.3389/fneur.2017.00523. (3) R. Larivière et al., "Sacs R272C missense homozygous mice develop an ataxia phenotype," Mol. Brain, vol. 12, no. 1, p. 19, Dec. 2019, doi: 10.1186/s13041-019-0438-3. (4) V. Naef et al., "Efficient Neuroprotective Rescue of Sacsin-Related Disease Phenotypes in Zebrafish," Int. J. Mol. Sci., vol. 22, no. 16, p. 8401, Aug. 2021, doi: 10.3390/ijms22168401.

Spastic Ataxia of Charlevoix-Saguenay (ARSACS)

Atassia spastica autosomica recessiva di Charlevoix-Saguenay (ARSACS)