α-Dystroglycanopathy is a newly emerging subgroup of congenital muscular dystrophies caused by the aberrant glycosylation of α-Dystroglycan (αDG). A defective glycosylation of αDG determines severe muscle damage/degeneration, intellectual disability, epilepsy, and cardiomyopathy. At the origin of glycosylation of αDG there are three proteins, named DPM1, 2 and 3, that form the enzyme dolichol-phosphate mannose (DPM) synthase. Mutations in the genes encoding for DPM2 and DPM3 are indeed associated with defective glycosylation of αDG, and thus with rare congenital muscular dystrophies, together with a complex spectrum of neurological disorders. DPM synthase is a poorly studied enzyme, and even more obscure is the current state of knowledge concerning DPM2 and DPM3 subunits, which are indeed classified as Tdark proteins since their structure, function, interacting molecules and drugs are unknown. The aim of this project is to fill these gaps by describing, at molecular and cellular level, DPM synthase to exhaustively understand the link occurring between DPM2/3 mutations and the development of α-Dystroglycanopathieas. This aim will be achieved by I) solving the 3D structure of DPM synthase, in the absence and in the presence of its substrates, by means of cutting edge single particle cryo-electron microscopy (cryo-EM); II) testing with biochemical assays if DPM2/3 mutations affect the interaction between the subunits of the enzyme and/or between the enzyme and its substrates; iii) comparing proteomics between healthy control and DPM2/3 mutated neurons and myocytes to identify target proteins of DPM2/3 whose binding is affected by mutations, thus correlating the pathological effects of DPM2/3 mutants with cell-specific signalling pathways. Of note that, since DPM2/3 mutations are associated to rare syndromes, we will reprogram healthy donor fibroblasts into induced pluripotent stem cells (iPSCs). An innovative optogenetic CRISPR/Cas9 system will be used to edit DPM2/3 genes. The results of this study will pose the necessary basis for novel therapies targeting this newly emerging subgroup of congenital muscular dystrophies.

Le alfa distroglicanopatie sono una nuova classe di distrofie muscolari congenite causate da un deficit di glicosilazione della proteina alfa distroglicano (αDG). La glicosilazione, e cioè il processo che porta all'associazione di carboidrati alle molecole, è cruciale per il ruolo di αDG, che è quello di fare da ponte tra le cellule e la matrice nella quale sono immerse. Questa connessione è necessaria per la corretta organizzazione dei tessuti. Inoltre, αDG, permettendo l'adesione delle cellule alla matrice, protegge le cellule muscolari dai danni indotti dalla loro contrazione. Difetti nella glicosilazione di αDG causano, infatti, il danneggiamento e la conseguente degenerazione del tessuto muscolare, disabilità mentali, epilessie e cardiopatie. La glicosilazione è un processo complesso e coinvolgente svariate proteine, le quali lavorano in sinergia e con una sequenza spazio-temporale precisa. All'origine del processo di glicosilazione di αDG vi sono tre proteine, DPM1, 2 e 3, che formano l'enzima Mannosio Dolicol-Fosfato (DPM) sintasi. Mutazioni nei geni che codificano per DPM2 e DPM3 sono associate a difetti nella glicosilazione della proteina αDG e di conseguenza allo sviluppo di distrofie muscolari congenite, assieme ad un complesso spettro di disordini neurologici. L'enzima DPM sintasi è molto poco studiato e ancora meno lo sono le subunità DPM2 e DPM3, che sono, infatti, classificate come "Tdak" e cioè proteine la cui struttura, funzione e molecole/farmaci regolatori sono ignoti. Di conseguenza, il ruolo patogenetico delle mutazioni di DPM2 e DPM3 rimane ignoto. Lo scopo del presente progetto è proprio quello di colmare tali lacune andando a descrivere, a livello molecolare e cellulare, l'enzima DPM sintasi al fine di chiarire la connessione esistente tra le mutazioni di DPM2 e DPM3 e lo sviluppo delle alfa distroglicanopatie. I risultati dello studio porranno le basi per lo sviluppo di terapie contro questa nuova classe di distrofie muscolari congenite.

Congenital Muscular Dystrophies (CMD)

Distrofie muscolari congenite