Sanfilippo syndrome is an inherited lysosomal disease associated to defective autophagy-lysosomal pathway (ALP). Neuropathy is a predominant feature of Sanfilippo patients, however, to date, it is still uncurable. Recently, we found that Sanfilippo disease is characterized by a progressive aggregation of amyloid proteins (mostly α-synuclein), which affect ALP, thus generating a neurotoxic vicious cycle. Nevertheless, the mechanisms by which amyloid aggregation causes ALP dysfunction remain partially elucidated. By using Sanfilippo mouse brain samples and primary neuronal cultures, we have demonstrated that amyloid proteins accumulate in the proximity of lysosomes, where they cause massive lysosomal enlargement and perinuclear clustering. This, in turns, impairs the lysosomal capability to encounter and clear autophagosomes to complete autophagy. Nuclear magnetic resonance data and experiments in a cell-free system, showed that such effect is mediated by the direct binding of α-synuclein to the lysosomal membrane that induce the assembly and fusion of lysosomes in large structures through the ability of α- synuclein to form a "double-anchor" between lysosomes and to self-aggregate. It is known that lysosomal size and dynamics is functionally associated to the Endoplasmic Reticulum (ER) membrane organization and, specifically, to the ER-lysosome contact sites. Therefore, we hypothesize that the amyloid-mediated increase in the lysosomal size may alter ER-lysosome contact sites, thus reducing lysosomal dynamics and availability for proper neuronal function, including autophagy. Our results uncover a new mode of action by which amyloid deposition affect lysosomal function, thus identifying alternative druggable mechanisms, which may be relevant not only for the treatment of Sanfilippo disease but also for other neurodegenerative conditions associated to amyloid aggregation and ALP dysfunction.

Aggregazione amiloide e dinamiche della membrana lisosomiale nella sindrome di Sanfilippo La sindrome di Sanfilippo è una malattia lisosomiale ereditaria associata a difetti nel circuito autofagico-lisosomiale (ALP). La neuropatia è una caratteristica predominante dei pazienti affetti dalla Sanfilippo, tuttavia, ad oggi, è ancora incurabile. Recentemente, abbiamo scoperto che la malattia di Sanfilippo è caratterizzata da una progressiva aggregazione di proteine amiloidi (principalmente α-sinucleina) che influenzano l'ALP, generando così un circolo vizioso neurotossico. Tuttavia, i meccanismi mediante i quali l'aggregazione amiloide causa la disfunzione dell'ALP rimangono parzialmente chiariti. Utilizzando campioni di cervello di topo Sanfilippo e colture neuronali primarie, abbiamo dimostrato che le proteine amiloidi si accumulano in prossimità dei lisosomi, dove provocano un massiccio ingrandimento del comparto lisosomiale con raggruppamento di questi nella zona perinucleare. Questo, a sua volta, compromette la capacità lisosomiale di incontrare e metabolizzare gli autofagosomi in modo da completare l'autofagia. Dati di risonanza magnetica nucleare ed esperimenti in sistemi "cell-free" hanno mostrato che tale effetto è mediato dal legame diretto dell'α-sinucleina alla membrana lisosomiale che induce l'assemblaggio e la fusione dei lisosomi in grandi strutture attraverso la capacità della α-sinucleina di autoaggregarsi e di formare una "doppia ancora" tra i lisosomi. È noto che la dimensione e la dinamica dei lisosomi è funzionalmente associata all'organizzazione della membrana del reticolo endoplasmatico (ER) e, in particolare, ai siti di contatto ER-lisosomi. Pertanto, ipotizziamo che l'aumento mediato dall'amiloide nella dimensione dei lisosomi può alterare i siti di contatto tra le membrane dell'ER e dei lisosomi, riducendo così la dinamica e la disponibilità lisosomiale, fondamentali per una corretta funzione neuronale, inclusa l'autofagia. I nostri risultati scoprono un nuovo meccanismo mediante il quale la deposizione di proteine amiloidi influenza la funzione lisosomiale, identificando quindi altri meccanismi modulabili mediante trattamenti farmacologici, che possono essere rilevanti non solo per il trattamento della malattia di Sanfilippo ma anche per altre condizioni neurodegenerative associate all'aggregazione amiloide e alla disfunzione dell'ALP.

Mucopolysaccharidoses Type III

Mucopolisaccaridosi di tipo III