Spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2) is a rare neurodegenerative autosomal disease caused by pathogenic expansions of a CAG repeat in the gene Ataxin-2 (ATXN2). In SCA2 patient's one allele of ATXN2 gene contains over 33 of CAG repeats while the wild-type allele contains a 22-long repetition of three nucleotides. The link between the pathogenic expansion and the clinical signs is poorly understood. However, the most accredited hypothesis indicates that the CAG expansion forms toxic products in the neurons, causing a progressive debilitating motor impairment in SCA2 patients. The prognosis is poor, and the currently available pharmacologic interventions are just symptomatic and unable to halt disease progression. A recent gene therapy approach based on Antisense Oligonucleotide (ASO)-mediated knock-down of ATXN2 promises to deliver a cure for SCA2. However, its clinical translation might be hampered by safety concerns, including the need of using potentially harmful medical procedures to repeatedly administer the drug and its lack of allele selectivity. In this project, we overcome these limitations by using targeted epigenetic editors also called Engineered Transcriptional Repressors (ETRs). The therapeutic potential of this technology resides in its hit-and-run mode of action, which allows to permanently silence a desired gene upon a single administration. However, ETR lacks allelic discrimination and the silencing/inactivation of the non-pathogenic ATXN2 allele may represent a potential threat for neurons. To solve this issue, we are optimizing the technology, enforcing expansion-length selectivity to the ETRs through their rational engineering and using unbiased high-throughput approaches. We develop a broadly applicable fluorescent reporter cell model for the identification of expansion-length selective gene silencing reagents and in-depth characterization of the specificity profile of the technology. Beyond the direct fallouts in the treatment of SCA2, this improved epi-editing technology will be portable to other trinucleotide repeat expansion diseases.

Sviluppo di una piattaforma di silenziamento epigenetico allele-specifica per il trattamento della malattia SCA2. L'Atassia Spinocerebellare di tipo 2 (SCA2) è una malattia rara debilitante del sistema nervoso causata da mutazioni nel gene Ataxin-2 (ATXN2). In soggetti sani, ATXN2 contiene 22 ripetizioni di un determinato tri-nucleotide, una sequenza composta da 3 specifici nucleotidi, mentre nei pazienti una delle due copie di questo gene contiene più di 33 ripetizioni. Il collegamento tra quest'espansione e il quadro clinico della malattia è poco conosciuto. L'ipotesi più accreditata è che la proteina codificata dal gene espanso formi dei prodotti tossici per i neuroni, importanti cellule del sistema nervoso. Sfortunatamente, la prognosi dei pazienti SCA2 è infausta e i trattamenti farmacologici ad oggi a disposizione sono unicamente sintomatici. Un recente approccio di terapia genica sembra promettere una cura per SCA2. Tuttavia, il fatto che inibisca non solo l'espressione della copia espansa del gene ma anche di quella normale costituisce un potenziale pericolo. L'obiettivo di questo progetto è sviluppare un nuovo approccio di terapia genica in grado di spegnere selettivamente la copia espansa del gene, lasciando inalterata quella normale. Per raggiungere questo obiettivo ottimizzeremo una tecnologia da noi precedentemente sviluppata che prende il nome di editing epigenetico. Questa si basa sulla somministrazione transiente di proteine artificiali in grado di riconoscere il loro gene bersaglio e di modificare in modo permanente il codice epigenetico che ne regola l'espressione. Il successo di questo progetto aprirebbe la strada allo sviluppo di una strategia terapeutica sicura ed efficiente per SCA2, e potenzialmente applicabile ad altre malattie causate da espansioni di trinucleotidi.

Spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2)

L'Atassia Spinocerebellare di tipo 2 (SCA2)