Using deep sequencing strategies, rising numbers of patients with neurodegenerative and neurodevelopmental disorders are found carrying variants in genes encoding endo-lysosomal CLC chloride/proton transporters, CLCN3, CLCN4, CLCN6 and CLCN7. Phenotypes range from global developmental delay, intellectual disability, various psychiatric conditions, late or early onset neuronal ceroid lipofuscinosis, to neurodegeneration and myelination defects, to name a few. Currently, there is no cure for any of these diseases. While it is known that vesicular CLCs act as chloride/proton antiporters contributing to vesicular ion homeostasis, their precise roles in neurons are very little understood. Here, we build on our experience in investigation of vesicular CLCs in neurological/ neurodevelopmental disorders to push the frontier of research. Emerging CLC variants found in patients with neurological / neurodevelopmental disease will be deeply investigated, providing insight on causality and into molecular mechanisms of dysfunction. Recently discovered properties of vesicular CLC proteins will be investigated in the context of relevant disease pathological mechanisms. In addition to studying emerging variants, emphasis will be on the role of CLC-3 / CLC-4 heterodimers in the X-linked CLCN4 related condition, and on functional properties of CLC-6 and CLC-7 transporters. The project is of immediate benefit for patients regarding first-line information on emerging variants, but will also lay the foundation for immediate and intermediate-term follow up studies aimed at gene-therapy or pharmacological approaches targeting vesicular CLCs.

Meccanismi dei disturbi dello sviluppo neurologico che coinvolgono trasportatori di anioni della famiglia genica CLC Varianti in più di 1000 geni diversi sono state implicate in varie forme di disabilità intellettive, ritardo dello sviluppo neurologico, neurodegenerazione e altre forme di malattie neurologiche che affliggono i pazienti pediatrici. Tra questi, i membri di una famiglia di geni che codificano per proteine di trasporto di anioni che sono importanti nelle strutture intracellulari dei neuroni (endosomi e lisosomi), risultano essere colpiti in un numero crescente di pazienti, la maggior parte dei quali mostra segni di malattia subito dopo la nascita. Questi geni sono chiamati CLCN3, CLCN4, CLCN6 e CLCN7. Il nostro gruppo ha esperienza a lungo termine nello studio delle proteine codificate da questi geni ed è stato recentemente coinvolto nello studio di un gran numero di varianti dei geni CLCN3, CLCN4 e CLCN6 trovate nei pazienti. I nostri studi hanno rivelato nuovi meccanismi patologici correlati ai geni CLC. Nel presente progetto, intendiamo estendere questi studi a nuove varianti emergenti dei geni CLC e decifrare nuovi meccanismi molecolari di come le mutazioni genetiche nei geni CLC causino alterazioni specifiche nella funzione delle proteine. Queste informazioni sono prerequisiti per futuri interventi terapeutici o farmacologici.

Duncan AR, ..., Pusch M & Agrawal PB. 2021. Unique variants in CLCN3, encoding an endosomal anion/proton exchanger, underlie a spectrum of neurodevelopmental disorders. Am J Hum Genet https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.06.003 Jentsch TJ & Pusch M. 2018. CLC chloride channels and transporters: structure, function, physiology, and disease. Physiol Rev 98:1493-590 Palmer EE, Pusch M, ..., Kalscheuer VM. 2022. Functional and clinical studies reveal pathophysiological complexity of CLCN4-related neurodevelopmental condition. Mol Psychiatry https://doi.org/10.1038/s41380-022-01852-9 Zifarelli G, Pusch M & Fong P. 2022. Altered voltage-dependence of slowly activating chloride-proton antiport by late endosomal ClC-6 explains distinct neurological disorders. J Physiol DOI: 10.1113/JP282737

CLCN3-7 related neurodevelopmental disorders

Disturbi dello sviluppo neurologico correlati a CLCN3-7