CDKL5 disorder (CDD) is a rare genetic disorder characterized by early-onset drug-resistant epileptic encephalopathy, motor, cognitive, visual and autonomic disorders. CDD is caused by mutations in the X-linked cyclin-dependent kinase-like 5 (CDKL5) gene and occurs with an incidence of 1 in 40,000 live births. Despite the efforts of the researchers, much remains to be elucidated about the role of CDKL5 in the central nervous system, which hinders the achievement of an effective therapy for CDD. The epileptic seizures and cognitive deficits that occur in CDD patients emphasize the importance of the protein in the correct regulation of neuronal activity, which is based on a complex balance between excitation and inhibition. While the part concerning excitation is largely investigated, the function of CDKL5 at the inhibitory compartment remains mostly unknown. In this regard, we have collected preliminary data demonstrating an interaction between CDKL5 and InSyn1, a TDark protein that appears to be particularly important for the correct functioning of the inhibitory network. In particular, InSyn1 regulates the function of the dystrophin-dystroglycan complex (DGC), which serves for the formation of specific inhibitory neurons, essential for "turning off" and regulating the excitation that is generated physiologically by neurons. Furthermore, the loss of InSyn1, as well as CDKL5, is associated with defects in GABAAR clustering and elevated neuronal activity in the hippocampus, underlining their possible belonging to common molecular pathways. Interestingly, we found that InSyn1 is differently expressed in different brains area of Cdkl5-KO adult mice suggesting a possible overall impairment of inhibitory connectivity, which is currently under investigation. Altogether, with this project we will explore the impact of CDKL5 loss on InSyn1 and DGC in the inhibitory compartment. We believe that these aspects, which have never been investigated before in the CDD field, represent an important step forward to clarify the role of CDKL5 in inhibitory circuits and to design more effective therapeutic strategies for CDD patients.

Analisi della funzionalità di InSyn1 nella regolazione della trasmissione neuronale inibitoria in assenza di CDKL5 La malattia da deficit di CDKL5 (CDD) è una patologia genetica rara caratterizzata da encefalopatia epilettica resistente ai farmaci ad esordio precoce, disturbi motori, cognitivi, visivi e autonomici. CDD è causata da mutazioni nel gene cyclin-dependent kinase-like 5 (CDKL5), localizzato sul cromosoma X, e occorre con un'incidenza di 1 su 40.000 nati vivi. Nonostante gli sforzi dei ricercatori, resta ancora molto da chiarire sul ruolo di CDKL5 nel sistema nervoso centrale, ciò ostacola il raggiungimento di una terapia efficace per CDD. Le crisi epilettiche e i deficit cognitivi che si verificano nei pazienti con CDD sottolineano l'importanza della proteina nella corretta regolazione dell'attività neuronale, che si basa su un complesso equilibrio tra eccitazione e inibizione. Mentre la parte riguardante l'eccitazione è ampiamente studiata, la funzione di CDKL5 nel compartimento inibitorio rimane per lo più sconosciuta. A questo proposito, abbiamo raccolto dati preliminari che dimostrano un'interazione tra CDKL5 e InSyn1, una proteina TDark che sembra essere particolarmente importante per il corretto funzionamento della trasmissione inibitoria. In particolare, InSyn1 regola la funzione del complesso distrofina-distroglicano (DGC), che serve per la formazione di neuroni inibitori specifici, essenziali per "spegnere" e regolare l'eccitazione che viene generata fisiologicamente dai neuroni. Inoltre, la perdita di InSyn1, così come CDKL5, è associata a difetti nel clustering dei recettori GABAA e ad elevata attività neuronale nell'ippocampo, sottolineando la possibile appartenenza di queste due proteine a percorsi molecolari comuni. I nostri dati preliminari mostrano che InSyn1 è espresso in modo diverso in diverse aree cerebrali di topi adulti Cdkl5-KO, suggerendo una possibile compromissione complessiva della connettività inibitoria, che è attualmente oggetto di indagine. Complessivamente, con questo progetto esploreremo l'impatto della perdita di CDKL5 su InSyn1 e DGC nel compartimento inibitorio. Riteniamo che questi aspetti, mai indagati prima nel campo della CDD, rappresentino un importante passo avanti per chiarire il ruolo di CDKL5 nei circuiti inibitori e per progettare strategie terapeutiche più efficaci per i pazienti con CDD.

1. Olson HE, Demarest ST, Pestana-Knight EM, Swanson LC, Iqbal S, Lal D, Leonard H, Cross JH, Devinsky O, Benke TA. Cyclin-Dependent Kinase-Like 5 Deficiency Disorder: Clinical Review. Pediatr Neurol. 2019 Aug;97:18-25. doi: 10.1016/j.pediatrneurol.2019.02.015. Epub 2019 Feb 23. PMID: 30928302; PMCID: PMC7120929. 2. De Rosa, R., Valastro, S., Cambria, C., Barbiero, I., Puricelli, C., Tramarin, M., Randi, S., Bianchi, M., Antonucci, F., & Kilstrup-Nielsen, C. (2022). Loss of CDKL5 Causes Synaptic GABAergic Defects That Can Be Restored with the Neuroactive Steroid Pregnenolone-Methyl-Ether. International journal of molecular sciences, 24(1), 68. https://doi.org/10.3390/ijms24010068 3. Uezu A, Hisey E, Kobayashi Y, Gao Y, Bradshaw TW, Devlin P, Rodriguiz R, Tata PR, Soderling S. Essential role for InSyn1 in dystroglycan complex integrity and cognitive behaviors in mice. Elife. 2019 Dec 12;8:e50712. doi: 10.7554/eLife.50712. PMID: 31829939; PMCID: PMC6944460.

CDKL5 deficiency disorder

Malattia da deficit di CDKL5