Background:
Aceruloplasminemia is characterized by lack/inactivation of the ferroxidase ceruloplasmin (Cp), resulting in brain iron accumulation and neurodegeneration, whose mechanisms are poorly understood. In addition to enzymatic activity, Cp has another non-enzymatic function, namely inhibition of myeloperoxidase (MPO) a neuroinflammation mediator expressed by microglia. In the CpKO mouse model of aceruloplasminemia, we demonstrated the efficacy of Cp-replacement therapy in ameliorating neurological symptoms. Now, our preliminary results show astrocyte dysfunction and microglial activation in CpKO mice and Cp-treatment reverts the neuroinflammatory phenotype. Thus, we hypothesized that in aceruloplasminemia increased MPO-activity and microglia-mediated neuroinflammation may be responsible for early neuronal damage.
Objectives:
To define neuroinflammation's timing and the role of myeloperoxidase-mediated neuroinflammation in aceruloplasminemia, distinguishing Cp-ferroxidase activity from its MPO-inhibition role in exerting therapeutic effect.
Research design:
In CpKO mice we will assess neuroinflammation's occurrence along disease progression from early stages to overt neurodegeneration. In the same mice we will investigate brain MPO expression/activity and correlate them with neuroinflammation/neurodegeneration. Recombinant Cp and Cp-mutants in which the interaction with MPO is abolished without altering ferroxidase activity, or vice-versa, will be produced and employed for protein-replacement therapy in CpKO mice, examining the efficacy in mitigating neuroinflammation and/or neurodegeneration. To confirm MPO-mediated neuroinflammation, a group of animals will be treated with brain-penetrant MPO-inhibitor small-molecule.
Output:
Define the role of myeloperoxidase -mediated neuroinflammation as early pathological mechanism in aceruloplasminemia, disclosing novel therapeutic strategies. Determine the relative importance of Cp's ferroxidase activity and its MPO-inhibition function for the established Cp's neuroprotective activity in protein replacement therapy.
RUOLO DELLA NEUROINFIAMMAZIONE MEDIATA DA MIELOPEROSSIDASI NELL'ACERULOPLASMINEMIA
L'aceruloplasminemia è una malattia genetica ultrarara caratterizzata dalla mancanza dell'enzima ferrossidasi ceruloplasmina. Il disturbo è caratterizzato da accumulo di ferro nel cervello e neurodegenerazione, ma i meccanismi alla base della morte neuronale sono poco conosciuti. Attualmente nessuna terapia è disponibile. Oltre all'attività enzimatica, la ceruloplasmina ha un'altra funzione non-enzimatica, ovvero l'inibizione della mieloperossidasi, una proteina che media la neuroinfiammazione. Nel modello murino della malattia abbiamo dimostrato che la somministrazione di ceruloplasmina è efficace nel migliorare i sintomi neurologici. Ora, i nostri studi preliminari mostrano che il modello murino presenta neuroinfiammazione e che il trattamento con ceruloplasmina la riduce. Pertanto, abbiamo ipotizzato che, in assenza di ceruloplasmina, l'aumento dell'attività della mieloperossidasi e la neuroinfiammazione possano essere responsabili di un danno neuronale precoce.
In questo progetto studieremo nel modello murino l'insorgenza di neuroinfiammazione nella malattia dalle fasi iniziali alla neurodegenerazione conclamata. Nel cervello di questi topi indagheremo il livello di espressione e l'attività della mieloperossidasi e li metteremo in correlazione con neuroinfiammazione e/o neurodegenerazione. L'obiettivo è definire il ruolo della neuroinfiammazione mediata dalla mieloperossidasi come meccanismo patologico precoce nell'aceruloplasminemia, che può indicare nuove strategie terapeutiche. Inoltre, per determinare l'importanza relativa dell'attività ferrossidasica della ceruloplasmina e della sua funzione inibitoria della mieloperossidasi nell'esercizio dell'effetto terapeutico, la ceruloplasmina ricombinante e i mutanti della ceruloplasmina ricombinante in cui la funzione inibitoria della mieloperossidasi è abolita senza alterare l'attività enzimatica della ferrossidasi, o viceversa, saranno prodotti e impiegati per la somministrazione terapeutica ??nel modello murino della malattia, esaminandone l'efficacia nel mitigare la neuroinfiammazione e/o la neurodegenerazione.