HSP is a neurodegenerative disease characterized by weakness and spasticity of lower limbs. The most common type of HSP is due to haploinsufficient mutations in the SPG4 gene, encoding spastin, a microtubule severing enzyme, that controls cytokinesis, endosomal traffic, lipids droplets homeostasis and axonal transport. The knowledge about SPG4-HSP pathogenesis is progressively growing and spastin-elevating approaches are emerging as promising therapeutic approaches (ref. 1,2). In the last few years, we identified an actionable pathway that regulates spastin poly-ubiquitin mediated degradation, demonstrating that it is possible to restore spastin levels and rescue pathological phenotype by pharmacologically blocking its degradation (ref. 3). Thanks to Telethon support, we started to characterize the spastin degradation pathway and we found that the druggable DDB1-Cullin-4a-Ring ubiquitin ligase complex (CRL4a; ref.4) promotes spastin poly-ubiquitylation and proteasomal-mediated degradation in cellular and in vivo model for HSP (manuscript in preparation). Notably, we showed that the silencing of Cullin 4 is able to rescue synapse structure/function and locomotor defects in spastin-deficient Drosophila flies. We are now identifying all the members of the CRL4a, focusing our attention on the substrate receptor that specifically recruits spastin for ubiquitylation. To functionally validate the role of each member of this complex in vivo, we will continue to exploit spastin-deficient Drosophila flies. Ongoing investigations will also be presented to show the different possibilities of inhibiting spastin degradation by acting at different levels: 1) using the neddylation inhibitor MLN4924, a CNS penetrant drug, which is currently in several oncological clinical trials; 2) exploiting already existing inhibitors of the CRL4 core complex; and 3) developing novel targeted approaches to specifically inhibit the interaction between spastin and its substrate receptor.

nnalzare I livelli di spastina mediante inibizione della sua degradazione: un possibile approccio terapeutico per la paraplegia spastica ereditaria (HSP) La paraplegia spastica ereditaria (HSP) è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da spasticità progressiva degli arti inferiori. Il tipo comune è dovuto a mutazioni nella spastina, una proteina coinvolta nella divisione cellulare e nel trasporto assonale. Diversi studi dimostrano che è fondamentale avere la giusta quantità di spastina funzionante nelle cellule. Ad oggi, non esistono terapie curative e approcci per gestire la progressione della HSP. Tuttavia, recenti scoperte indicano che il ripristino del corretto dosaggio di spastina potrebbe essere utile per i pazienti HSP con deficit di spastina (ref, 1,2). Per sviluppare approcci terapeutici che mirano a recuperare i livelli di spastina funzionante è fondamentale studiare in dettaglio i meccanismi che ne regolano i livelli proteici. Il nostro gruppo di ricerca ha identificato e caratterizzato una nuova via regolativa che controlla i livelli di spastina. Abbiamo dimostrato che è possibile ripristinare il dosaggio appropriato di spastina impedendo la sua degradazione (ref.3). Grazie al sostegno di Telethon, abbiamo individuato diversi bersagli (ref. 4) su cui agire farmacologicamente per bloccare la degradazione di spastina. Stiamo ora 1) valutando gli effetti di questi approcci in modelli di HSP che ricapitolano i difetti patologici umani e 2) effettuando un'ulteriore approfondimento sui fattori molecolari coinvolti nella regolazione di questa proteina (manoscritto in preparazione). La possibilità di agire su molteplici bersagli per bloccare la degradazione di spastina rende particolarmente promettente la prospettiva di un'applicazione terapeutica dei nostri studi.

1- Liu Q, Zhang G, Ji Z, Lin H. Molecular and cellular mechanisms of spastin in neural development and disease (Review). Int J Mol Med. 2021 Dec;48(6):218.. 2- Havlicek S, Kohl Z, Mishra HK, Prots I, Eberhardt E, Denguir N, Wend H, Plötz S, Boyer L, Marchetto MC, Aigner S, Sticht H, Groemer TW, Hehr U, Lampert A, Schlötzer-Schrehardt U, Winkler J, Gage FH, Winner B. (2014) Gene dosage-dependent rescue of HSP neurite defects in SPG4 patients' neurons. Hum Mol Genet. 10:2527-41. 3- Sardina F, Alessandra Pisciottani A, Ferrara M, Valente D, Casella M, Crescenzi M, Peschiaroli A, Casali C, Soddu S, Grierson A, Rinaldo C. (2020) Spastin recovery in hereditary spastic paraplegia by preventing neddylation-dependent degradation. LSA 3(12):e202000799. 4- Wu K, Hopkins BD, Sanchez R, DeVita RJ, Pan ZQ. Targeting Cullin-RING E3 Ubiquitin Ligase 4 by Small Molecule Modulators. J Cell Signal. 2021;2(3):195-205.

HEREDITARY SPASTIC PARAPLEGIA

Paraplegia Spastica Ereditaria