Spinal and bulbar muscular atrophy (SBMA) is a neuromuscular disease affecting lower motor neurons (MNs) and skeletal muscle caused by polyglutamine expansions in the androgen receptor (AR). Androgens trigger AR functions allowing its release from accessory chaperones, conformational changes and post-translational modifications (PTMs, mainly phosphorylation) necessary for AR mediated transcription. On ARpolyQ, androgens also trigger neurotoxic events harmful to nuclei, via ARpolyQ PTMs alterations, misfolding, aggregation, causing autophagy flux blockage. ARpolyQ PTMs are relevant, since AKT-mediated ARpolyQ phosphorylation enhances ARpolyQ degradation, ameliorating the SBMA mice phenotype. We reduced nuclear ARpolyQ toxicity by enhancing its cytoplasmic autophagy clearance with a combination of bicalutamide (which slows down AR nuclear translocation) and trehalose (an autophagy inducer). In SBMA mice both compounds improved motor behaviour and extended survival, with decreased ARpolyQ accumulation, reduced apoptosis and partially recovered muscle morphology. We are currently testing approaches aimed to "repair" mutant ARpolyQ, via translational synthesis of the shorter AR-A isoform lacking the toxic polyQ tract. Contrary to what has been described for ARpolyQ, we found that AR-A is soluble and less prone to form aggregates and insoluble species. As well as WT AR and ARpolyQ, AR-A is activated by androgens and phosphorylated by AKT. Moreover, AR-A is transcriptionally active. Endogenous AR-A is present in skeletal muscle, brainstem and spinal cord of SBMA mice. We demonstrated that the expression of AR-A and ARpolyQ together significantly reduces the aggregated and insoluble species of ARpolyQ. Expression of AR-A in fly models of SBMA prevents androgen-dependent neurodegeneration. Alternative AR mRNA translation will be driven by an AUG few nucleotides downstream to the CAG repeat testing specific nucleic acids (ASO, PMO, LNA, etc.) or FDA-approved drugs and natural compounds, that then will be tested in SBMA iPSCs-MNs or skeletal myofibers and SBMA flies. The re-routing of AR translational start may provide a potential better treatment for SBMA patients.

NUOVE STRATEGIE PER RIDURRE LA TOSSICITA' DEL RECETTORE DEGLI ANDROGENI MUTATO NELL'ATROFIA MUSCOLARE SPINALE E BULBARE (SBMA) L'atrofia muscolare spinale e bulbare (SBMA) è una malattia neuromuscolare che colpisce i motoneuroni inferiori (MN) e il muscolo scheletrico. La malattia è causata da un allungamento di un tratto di aminoacidi ripetuti (la glutammina) nel recettore degli androgeni (AR) che normalmente serve a far sviluppare e mantenere le funzioni maschili negli uomini. L'AR mutato (ARpolyQ) mantiene la sua funzione nei pazienti, ma a causa della mutazione acquisisce una funzione tossica nei motoneuroni e nelle cellule muscolari. Gli androgeni normalmente attivano le funzioni AR consentendo l'espletamento delle sue funzioni, ma innescano anche gli eventi neurotossici dannosi (tra questi: alterazioni di modificazioni posttraduzionali, conformazioni alterate, aggregazione del recettore) che causano il blocco della sua degradazione tramite un sistema chiamato autofagia. In cellule, siamo riusciti a ridurre la tossicità dell'ARpolyQ a livello del nucleo cellulare, migliorando la sua degradazione via autofagia, utilizzando una combinazione di farmaci: la bicalutamide (che rallenta la traslocazione nucleare dell'AR) e il trealosio (un induttore dell'autofagia). In modelli animali che riproducono la patologia dell'uomo, entrambi i composti hanno migliorato il comportamento motorio ed esteso la sopravvivenza, portando ad una riduzione dell'accumulo di ARpolyQ, a una riduzione della morte cellulare (apoptosi) e ad un parziale recupero della morfologia muscolare. Attualmente stiamo testando nuovi approcci per "riparare" la proteina ARpolyQ, cercando di stimolare la produzione di una forma della proteina, detta AR-A, che è più corta di quella normale e non contiene il tratto poliQ tossico. Contrariamente a quanto descritto per ARpolyQ, abbiamo scoperto che AR-A è solubile e meno incline a formare aggregati e specie insolubili. Come l'AR normale e l'ARpolyQ, anche l'AR-A è attivato dagli androgeni e mantiene la sua attività. Abbiamo dimostrato che la contemporanea presenza di AR-A e ARpolyQ riduce le specie aggregate e insolubili di ARpolyQ, considerate responsabili della sua tossicità. Abbiamo anche disegnato strategie per modificare la produzione di AR-A con specifici acidi nucleici o farmaci approvati dalla FDA e composti naturali, che saranno poi testati in modelli cellulari e animali di SBMA.

Spinal and Bulbar Muscular Atrophy (SBMA)

Atrofia Muscolare Spinale e Bulbare