Creatine Transporter Deficiency (CTD) is an X-linked metabolic disorder, caused by multiple mutations in the Slc6a8 gene, and presenting with cerebral creatine (Cr) deficiency, early intellectual disability, epilepsy and autistic-like behavior. CTD is still incurable and the search for pathogenetic mechanisms is fundamental for the development of the therapeutic pipeline. This multisite project has two aims: i) to investigate how brain circuits are affected by Cr depletion at different stages of disorder progression; ii) to explore gene therapy as a possible therapeutic strategy. To this purpose, we longitudinally mapped brain-wide functional connectivity using resting state fMRI (rsfMRI) in mutants and control littermates of a murine model of CTD, and probed corresponding behavioural alterations using assays sensitive to cognitive abilities and motor stereotypies. Importantly, we also assessed the efficacy of a genetic rescue strategy based on perinatal ICV administration of an AAV vector expressing a functional form of the human SLC6A8 gene. We found that CTD mutant mice showed extended fMRI hypo-connectivity at postnatal day 40 (PND40), and more focal hippocampal and motor cortical hypo-connectivity in the adult stage (PND140). Notably, fMRI connectivity disruption was completely rescued by gene therapy in juvenile animals, but only marginally improved in adulthood. At the behavioural level, we found that gene replacement did not improve cognitive deficits, but reduced body weight loss and significantly ameliorated autistic-like behaviour in CTD mutants. Overall, the rescue effect of the probed genetic therapy was partial and did not affect all the relevant phenotypes. We believe that the partial rescue of mutant phenotype might be attributable to the insufficient dosing of SLC6A8, but we have also evidence that the overexpression of the gene causes toxic effects due to the overload of protein synthesis in the endoplasmic reticulum and/or the osmolitic action of Cr. To mitigate these issues, we are now testing an alternative viral cassette, based on the use of the endogenous human promoter of Slc6a8.

Il deficit del trasportatore di creatina (CTD) è un disordine metabolico legato all'X, causato da molteplici mutazioni nel gene Slc6a8, che si presenta con deficit di creatina cerebrale (Cr), disabilità intellettiva, epilessia e comportamento di tipo autistico. Il CTD è ancora incurabile e la ricerca dei meccanismi patogenetici è fondamentale per lo sviluppo di nuove terapie. Questo progetto multisito ha due obiettivi: i) indagare come i circuiti cerebrali sono influenzati dalla deplezione di Cr nelle diverse fasi della progressione della patologia; ii) esplorare la terapia genica come possibile strategia di intervento. A tal fine, abbiamo mappato longitudinalmente la connettività funzionale dell'intero cervello utilizzando la fMRI in stato di riposo (rsfMRI) in topi mutanti e wild-type di un modello murino di CTD, ed abbiamo analizzato le corrispondenti alterazioni comportamentali utilizzando saggi sensibili alle capacità cognitive e alle stereotipie motorie. Abbiamo poi valutato nello stesso modello l'efficacia di una strategia di terapia genica basata sulla somministrazione perinatale intracerebrale di un vettore AAV che esprime una forma funzionale del gene umano SLC6A8. Abbiamo scoperto che i topi mutanti CTD mostrano una ipo-connettività estesa al giorno 40 postnatale (PND40) ed una ipo-connettività più focale, a livello ippocampale e della corteccia motoria, nella fase adulta (PND140). L'alterazione della connettività fMRI viene completamente recuperata dalla terapia genica negli animali giovani, mentre si osserva un miglioramento solo marginale nell'età adulta. A livello comportamentale, tuttavia, abbiamo scoperto che il nostro approccio di sostituzione genica non migliora i deficit cognitivi, ma riduce solo la perdita di peso corporeo ed il comportamento di tipo autistico nei mutanti CTD. Nel complesso, l'effetto benefico della terapia genetica è solo parziale e non si estende a tutti i fenotipi rilevanti. Riteniamo che il recupero parziale del fenotipo mutante possa essere attribuibile al dosaggio insufficiente di SLC6A8, ma abbiamo anche evidenza che la sovraespressione del gene provoca effetti tossici dovuti al sovraccarico della sintesi proteica nel reticolo endoplasmatico e/o all'azione osmolitica di Cr. Per mitigare questi problemi, stiamo ora testando una cassetta virale alternativa, basata sull'uso del promotore umano endogeno di Slc6a8.

Creatine Transported Deficiency

Deficit del Trasportatore della Creatina