Vascular Ehlers-Danlos syndrome (vEDS) is a rare inherited connective tissue disorder caused by mutations in the COL3A1 gene encoding type III collagen, which is mainly expressed in blood vessels and hollow organs, thus, explaining why its reduction leads to fragility of soft connective tissues with arterial and organ ruptures. Current treatment is only symptomatic and surgical intervention is limited due to friable and fragile tissues. From a biological point of view, the functional consequences of COL3A1 mutations on gene expression changes and related perturbed processes associated with the vEDS pathogenesis are poorly understood. Within the ongoing funded project, until now a targeted whole-transcriptome analysis (RNA-seq) on a large cohort of dermal fibroblasts derived from 18 molecularly characterized vEDS patients and 36 healthy individuals was performed. By applying an ANOVA test with an FDR-adjusted p-value ≤ 0.05 and a fold-change threshold of ±1.5, we identified in patient vs. control cells a total of 3,189 differentially expressed genes (DEGs), 3,067 of which were protein-coding RNAs (mRNAs) and 122 non-coding RNAs (ncRNAs). 2,618 of these DEGs were downregulated (2,538 mRNAs, 80 ncRNAs) and 571 upregulated (529 mRNAs, 42 ncRNAs). Gene Ontology-based functional classification of DEGs revealed an enrichment of several biological functions mainly related to regulation of cell cycle, chromatin remodeling, mRNA processing/splicing, translation, protein transport, and autophagy. To uncover enriched perturbed pathways, we performed DEGs enrichment/depletion analysis with the Cytoscape software. The most interconnected biological network was related to cellular response to stress, followed by proteostasis and cellular catabolic processes including ubiquitin-mediated proteolysis, autophagy, and endocytosis. These RNA-seq data corroborate and expand previous findings from our research group on vEDS dermal fibroblasts, which demonstrated that COL3A1 mutations lead to a significant impairment of the extracellular matrix structural integrity by perturbing different cellular processes such as collagen biosynthesis/processing and organization, protein folding quality control, and endoplasmic reticulum homeostasis. Currently, we are carrying out miRNA sequencing of vEDS and control samples with the aim to reconstruct the dysregulated mRNA-ncRNA/miRNA network. Deciphering this intricate RNAs interaction hub should provide further evidence on potential disease biomolecules, paving the way for future investigations on related targetable pathways that may assist the discovery of effective treatment strategies for patients' management.

Studio dei meccanismi patogenetici e identificazione di nuovi target nella sindrome di Ehlers-Danlos vascolare, attraverso analisi trascrittomica in fibroblasti cutanei dei pazienti La sindrome di Ehlers-Danlos vascolare (vEDS) è una malattia ereditaria rara del tessuto connettivo a trasmissione autosomica dominante, causata da mutazioni nel gene COL3A1 che è responsabile della produzione del collagene di tipo III (COLLIII), che è presente principalmente nei vasi sanguigni e negli organi cavi. Mutazioni nel gene COL3A1 causano una riduzione nella produzione di questo tipo di collagene, che porta a una maggiore predisposizione alla formazione di ecchimosi, alla rottura di arterie o delle pareti dell'intestino e, nelle donne, dell'utero durante la gravidanza e il parto. Il trattamento principale per i pazienti vEDS è sintomatico (prevenzione vascolare), ma non risolutivo. Nonostante il difetto di sintesi, maturazione e organizzazione di COLLIII nei tessuti connettivi sia considerato la causa principale della loro estrema fragilità dei tessuti connettivi dei pazienti, vi sono ancora limitate conoscenze sui meccanismi molecolari coinvolti nella patogenesi della vEDS. Questo progetto si prefigge di colmare questo vuoto attraverso l'analisi del profilo di espressione globale dell'RNA (trascrittoma). Sfruttando il sequenziamento di nuova generazione (RNA-seq), abbiamo analizzato sia i geni codificanti proteine (RNA messaggero, mRNA) che quelli non codificanti (lunghi e piccoli RNA, lncRNA e miRNA). L'analisi del trascrittoma è stata eseguita su fibroblasti dermici sia di un ampio numero di pazienti vEDS che di donatori sani. Finora abbiamo identificato migliaia di geni sia codificanti proteine che non codificanti (mRNA, lncRNA, miRNA), che mostrano un'espressione alterata nelle cellule vEDS rispetto a quelle di individui sani e abbiamo definito i principali processi biologici perturbati da questi geni differenzialmente espressi. Sono in corso analisi bioinformatiche per integrare tutte le informazioni derivanti dall'analisi del trascrittoma globale, che forniranno un quadro dettagliato delle alterazioni dell'espressione genica e dei relativi processi biologici perturbati dalla perdita di funzione del gene COL3A1. Chiarire la funzione biologica e l'impatto funzionale delle diverse specie di RNA nei meccanismi patogenetici della vEDS dovrebbe consentire l'identificazione di molecole biologiche coinvolte nella patologia. In una visione traslazionale, questi risultati potrebbero essere alla base di ricerche future volte all'identificazione di potenziali bersagli molecolari per sviluppare strategie terapeutiche efficaci per la gestione dei pazienti.

- Chiarelli, N.; Carini, G.; Zoppi, N.; Ritelli, M.; Colombi, M. Transcriptome analysis of skin fibroblasts with dominant negative COL3A1 mutations provides molecular insights into the etiopathology of vascular Ehlers-Danlos syndrome. PLoS One 2018,13. - Chiarelli N, Ritelli M, Zoppi N, Colombi M. Cellular and Molecular Mechanisms in the Pathogenesis of Classical, Vascular, and Hypermobile Ehlers‒Danlos Syndromes. Genes (Basel). 2019 Aug 12;10(8). - Ritelli, M.; Rovati, C.; Venturini, M.; Chiarelli, N.; Cinquina, V.; Castori, M.; Colombi, M. Application of the 2017 criteria for vascular Ehlers-Danlos syndrome in 50 patients ascertained according to the Villefranche nosology. Clin. Genet. 2020, 97, 287-295.

vascular Ehlers-Danlos syndrome (vEDS)

sindrome di Ehlers-Danlos vascolare (vEDS)