Our recent results causally associate mutations of the mitochondrial protein paraplegin to defective mitochondrial permeability transition pore (mPTP) and ultimately to hereditary spastic paraplegia (HSP) type 7 (SPG7). Intermittent fast opening and closing of the pore, defined as the mPTP flickering, is essential for mitochondrial homeostasis, as it allows to finely reduce intra-matrix concentration of Ca2+ and reactive oxygen species, and associates with a momentarily rapid loss of mitochondrial membrane potential, soon re-established. We demonstrated that SPG7 patient cells and cortical neurons of the Spg7-/- mouse model have a defect of mPTP flickering, which is restored, together with the in vivo motor dysfunction, by treatment with the benzodiazepine Bz423. Unfortunately, Bz423, a known inducer of mPTP opening, is not an approved drug and also exerts an unwanted pro-apoptotic activity. Building on this new and original information, we propose conducting a high content screening of EMA/FDA approved drugs to identify active compounds devoid of BZ423's undesirable activity, but active as flickering facilitators, as a repurposing therapeutic strategy for SPG7. In addition, the knowledge of the topological interaction between Bz423 and itstarget OSCP allows defining a pharmacophore model that will be used to identify mPTP-active molecules from a large library of compounds. This two-pronged approach leverages the setup of the fluorescence-based biological assay for mPTP flickering that we developed and our in vitro and in vivo models for confirming the new drug effectiveness and characterizing the possible side effects with the prospect of a pilot clinical trial for SPG7 patients.

Regolazione farmacologica del poro mitocondriale come terapia per la paraplegia spastica ereditaria di tipo 7 (SPG7) La paraplegia spastica ereditaria di tipo 7 (SPG7) è una malattia genetica neurologica rara, tipicamente con esordio nell'età adulta, caratterizzata da progressiva debolezza e spasticità delle gambe, oltre ad altri sintomi nelle forme complicate, che risultano in una cattiva qualità di vita. Sono disponibili solo trattamenti sintomatici con farmaci miorilassanti, riabilitazione funzionale e kinesiterapia. Proponiamo di cercare farmaci candidati per i pazienti con SPG7, partendo dalla nostra recente scoperta che le mutazioni della proteina mitocondriale paraplegina, che causa SPG7, sono associate ad un'attività difettosa, chiamata sfarfallio, del poro mitocondriale (mPTP). Abbiamo dimostrato che le cellule del paziente SPG7 e i neuroni corticali del modello murino Spg7-/- hanno uno sfarfallio difettoso che viene ripristinato, insieme alle disfunzioni motorie in vivo, dal trattamento con Bz423, un noto induttore dell'apertura dell'mPTP che non è un farmaco approvato ed esercita effetti collaterali indesiderati. Basandoci su queste informazioni originali, proponiamo di effettuare uno screening ad alto contenuto (HCS) di farmaci approvati da EMA/FDA per identificare composti privi dell'attività indesiderabile di Bz423, ma attivi sullo sfarfallio. Inoltre, le conoscenze sull'interazione tra Bz423 e il suo bersaglio mitocondriale consentono un secondo approccio di screening basato sulla modellizzazione molecolare per identificare altre molecole attive su mPTP a partire da un'ampia libreria di composti. Sfruttando il test biologico per lo sfarfallio di mPTP che abbiamo sviluppato e i nostri modelli in vitro e in vivo, convalideremo l'efficacia del nuovo farmaco e caratterizzeremo i possibili effetti collaterali nella prospettiva di uno studio clinico pilota per pazienti con SPG7.

1 Casari G., de Fusco M., Ciarmatori S., Zeviani M., Mora M., Fernandez P., de Michele G., Filla A., Cocozza S., Marconi R., Dürr A., Fontaine B., & Ballabio A.. Spastic paraplegia and OXPHOS impairment caused by mutations in paraplegin, a nuclear-encoded mitochondrial metalloprotease. Cell. 1998; 93(6), 973-983. 2 Sambri I., Massa F., Gullo F., Meneghini S., Cassina L., Carraro M., Dina G., Quattrini A., Patanella L., Carissimo A., Iuliano A., Santorelli F., Codazzi F., Grohovaz F., Bernardi P., Becchetti A., & Casari G.. Impaired flickering of the permeability transition pore causes SPG7 spastic paraplegia. EBioMedicine. 2020. 61, 103050.

HEREDITARY SPASTIC PARAPLEGIA TYPE 7 (SPG7)

Paraplegia Spastica Ereditaria di tipo 7