Mutations in the cyclin-dependent kinase-like 5 gene (CDKL5) have been found in patients with a rare X-linked epileptic encephalopathy, CDKL5 deficiency disorder (CDD), characterised by early-onset drug-resistant seizures, severe intellectual disability, and autistic-like features. No cure exists for CDD patients and the development of rationally designed drug-based therapies is still challenging due to the limited knowledge of CDKL5 functions. A further understanding of the molecular network directly associated with CDKL5 is likely to provide novel insights of how CDKL5 loss impacts neuronal functions. Most studies converge on a role of CDKL5 in regulating excitatory neurotransmission. Conversely, its role at the inhibitory synapse has been rather neglected until now. Our recent data show that CDKL5 de facto resides in the postsynaptic inhibitory synapse where it interacts with both collybistin and gephyrin, in vitro as well as ex vivo. Gephyrin is a scaffolding protein essential for the clustering of GABAA receptors at the postsynaptic site, while collybistin is a brain specific GEF regulating the submembrane distribution of gephyrin. Collybistin is known to alternate between a folded inactive conformation and an open extended one, the latter being induced upon interaction with other proteins. Through biochemical and immunofluorescence experiments, we have found that CDKL5 is capable of activating collybistin thus promoting the submembrane distribution of gephyrin. Interestingly, the catalytic activity of CDKL5 appears to play a role in the distribution of gephyrin beneath the plasma membrane. Importantly, our biochemical and electrophysiological results corroborated the above data, showing that the GABAergic synapse is altered in the absence of CDKL5. From a pharmacological standpoint, this novel role may pave the way for disease-modifying drug-based therapies that could bypass the need of CDKL5.

Alla Scoperta del Ruolo Funzionale di CDKL5 nella Sinapsi Inibitoria attraverso lo Studio della sua Interazione con il Complesso Citoplasmatico costituito da Collybistin e Gephyrin Mutazioni nel gene CDKL5, situato sul cromosoma X, sono state riscontrate in pazienti affetti da una rara malattia del neurosviluppo chiamata disordine da deficit di CDKL5 (CDD). Questo disordine si manifesta durante le prime settimane di vita con crisi epilettiche farmacoresistenti, grave disabilità intellettiva e motoria. Ad oggi, non esiste alcuna cura per i pazienti affetti da CDD e lo sviluppo di terapie farmacologiche mirate è reso difficile a causa della conoscenza limitata delle funzioni del CDKL5. Conoscere la rete molecolare in cui opera CDKL5 è utile per capire come la mancanza di CDKL5 possa influire sulle funzioni neuronali. La maggior parte degli studi convergono sul ruolo del CDKL5 nella regolazione della neurotrasmissione eccitatoria, mentre il suo ruolo nella sinapsi inibitoria è stato finora trascurato. Di recente, i nostri studi sia nelle cellule sia nel topo mostrano che, in realtà, CDKL5 si trova anche nella sinapsi inibitoria dove interagisce con collybistin e gephyrin. Quest'ultima è una proteina cruciale per la stabilizzazione dei recettori di tipo A del GABA a livello della membrana cellulare, mentre collybistin regola la distribuzione di gephyrin sotto la membrana. Collybistin si alterna tra una conformazione chiusa o inattiva ed una estesa o attiva e tale attivazione è regolata dalla sua interazione con altre proteine. Mediante esperimenti biochimici e di immunofluorescenza, abbiamo dimostrato che CDKL5 è in grado di attivare collybistin promuovendo così la distribuzione di gephyrin sotto la membrana plasmatica. È interessante notare che l'attività catalitica di CDKL5 sembra svolgere un ruolo nella distribuzione di gephyrin. Inoltre, i nostri risultati biochimici ed elettrofisiologici hanno confermato i dati di cui sopra, dimostrando che la sinapsi GABAergica è alterata in assenza di CDKL5. Da un punto di vista farmacologico, questo nuovo ruolo di CDKL5 potrebbe aprire la strada a terapie farmacologiche mirate che potrebbero aggirare la mancanza di CDKL5.

CDKL5 deficiency disorder (CDD)

Disordine da deficit di CDKL5