PRRT2 is the single causative gene for pleiotrophic paroxysmal syndromes including infantile epilepsy, paroxysmal kinesigenic dyskinesia, ataxia and migraine. The goal of the project is to dissect the contribution of voltage-gated Na-channels (NaV) in PRRT2 pathologies and identify targeted therapies. The objectives are to investigate: (i) the impact of PRRT2-NaV interactions on neuronal excitability in mouse PRRT2KO neurons; (ii) the molecular bases of the specific NaV involvement in PRRT2-linked diseases; (iii) the in vivo contribution of NaV to the PRRT2KO phenotype; (iv) the pathogenic mechanisms underlying the strong cerebellar involvement and (v) the phenotypic rescue with specific NaV-blocking drugs in mouse and human PRRT2KO neurons. We have previously investigated the physiological role of PRRT2 and found that it acts as a neuron-specific network stability gene. The PRRT2KO mouse, which we were first to characterize, mimics the human pathology and displays central network hyperexcitability. In addition to increased synaptic facilitation, the major contribution to the increased excitability was due to an increased Na+ current density in PRRT2KO mice and iPSC-derived human neurons. We also demonstrated that PRRT2 specifically modulates trafficking and biophysics of NaV1.2/1.6. Together with the exquisite sensitivity of PRRT2 symptoms to NaV-blockers, this suggests that PRRT2 disorders can be considered largely channelopathies. The modulation of NaV1.2/1.6 currents by PRRT2 will be studied in cell lines, constitutive/conditional PRTT2 KO mice and human neurons using cellular, molecular, computational and advanced physiological approaches. The demonstration of a specific modulation of NaV by PRRT2 provides a mechanistic basis for the pathogenesis of PRRT2 paroxysmal disorders and allows identifying targeted and effective therapies.

Interazioni di PRRT2 con i canali sodio: basi patogenetiche e nuovi bersagli terapeutici per le malattie parossistiche associate a mutazioni nel gene PRRT2 Disturbi parossistici come epilessia infantile benigna (BFIE), discinesia chinesigenica (PKD), convulsioni infantili e coreoatetosi (ICCA) ed emicrania emiplegica (HM), sono associati a mutazioni nel gene che codifica per la proteina PRoline-Rich 2 (PRRT2), una proteina specifica dei neuroni completamente sconosciuta fino a pochi anni fa. Il PRRT2 rappresenta quindi un gene malattia che vale la pena indagare per chiarire la patogenesi delle diverse forme parossistiche, tracciare le relazioni tra genotipo-fenotipo e sviluppare nuove terapie mirate. Abbiamo dimostrato che la proteina è associata alle membrane neuronali dell'assone e dei terminali sinaptici e la sua carenza altera i processi di plasticità sinaptica a breve termine e aumenta l'eccitabilità neuronale provocando un aumento dei canali sodio voltaggio-dipendenti esposti sulla membrana. Il progetto si propone di analizzare le basi molecolari delle interazioni tra PRRT2 e canali sodio, il loro contributo alle manifestazioni parossistiche e l'efficacia di nuovi farmaci selettivi per sottotipi di canali sodio nella cura di queste forme patologiche. Il progetto avrà un impatto futuro sui pazienti perché: (i) la caratterizzazione dei meccanismi patogenetici delle malattie da PRRT2 aprirà un nuovo campo per ottimizzare il loro trattamento, impiegando specifici bloccanti dei canali con minori effetti collaterali; (ii) lo studio del forte contributo cerebellare ai parossismi contribuirà a chiarire meglio la variabilità clinica delle malattie da PRRT2 e identificare terapie efficaci; (iii) lo studio del fenotipo nei neuroni dei pazienti consentirà migliori correlazioni genotipo-fenotipo ed efficaci trattamenti personalizzati.

Franchi et al. (2023) The intramembrane COOH-terminal domain of PRRT2 regulates voltage-dependent Na+ channels J. Biol. Chem. Revised version under evaluation. Valente et al. (2022) A push-pull mechanism between PRRT2 and β4-subunit differentially regulates membrane exposure and biophysical properties of NaV1.2 sodium channels. Mol. Neurobiol. PMID: 36441479 Ferrante et al. (2021) PRRT2 modulates presynaptic Ca2+ influx by interacting with P/Q-type channels. Cell Rep. 35: 109248. Binda et al. (2021) Increased responsiveness at the cerebellar input stage in the PRRT2 knockout model of paroxysmal kinesigenic dyskinesia. Neurobiol. Dis. 152: 105275 Sterlini et al. (2021) An interaction between PRRT2 and Na+/K+ ATPase contributes to the control of neuronal excitability. Cell Death Dis. 12: 292 Valente et al. (2019) Constitutive inactivation of the PRRT2 gene alters short-term synaptic plasticity and promotes network hyperexcitability in hippocampal neurons. Cereb Cortex 29: 2010

Paroxysmal kinesigenic dyskinesia

Discinesia parossistica kinesigenica