Store-Operated Ca2+-Entry (SOCE) is a cellular mechanism that controls the replenishment of intracellular Ca2+ stores when depleted by opening intracellular Ca2+ channels. Gain-of-function mutations of the two key proteins of SOCE, STIM1 and ORAI1, are associated with several rare disorders clustered as tubular aggregate myopathies (TAM). Our group has shown that a mouse model bearing the STIM1 p.I115F mutation recapitulates the main features of these diseases: thrombocytopenia and muscle weakness. Currently, there is no valid treatment for these patients. We started a drug discovery process to develop SOCE modulators, which discovered CIC-39Na as a specific, potent, and bioavailable compound. In the present communication, we report the in vivo efficacy of CIC-39Na in restoring platelet number and reducing abnormal bleeding. Subtle differences in thrombopoiesis were observed in STIM1 p.I115F mice, but the main difference between wild-type and KI-STIM1I115F mice was in platelet clearance and in the levels of platelet cytosolic basal Ca2+. Both were restored upon treatment of animals with CIC-39Na. Moreover, CIC-39Na reduces tubular aggregates in muscle, re-establishes functional motor capacity in vivo and restores SOCE to physiological levels in KI-STIM1I115F derived myotubes. Finally, data obtained through proteomic and RNAseq analysis show activation of ER stress and mitochondria dysfunction in KI-STIM1I115F muscles. Our working hypothesis is that an increased Ca2+-entry through ORAI1 leads to a modest increase in cytosolic Ca2+ that may incorrectly modulate Ca2+-dependent processes, but more importantly, deranges Ca2+ homeostasis in the ER/SR and mitochondria, with the induction of ER stress and bioenergetic dysfunctions.

Nuovo trattamento farmacologico per Tubular Aggregate Myopathies Store-Operated Ca2+-Entry (SOCE) è un meccanismo cellulare che controlla la ricostituzione delle riserve intracellulari di Ca2+ una volta esaurite. Le mutazioni con guadagno di funzione a carico delle due proteine chiave di SOCE, STIM1 e ORAI1, sono associate a diverse malattie rare raggruppate come Tubular aggregate myopathies (TAM). Il nostro gruppo ha dimostrato che un modello murino portante la mutazione STIM1 p.I115F presenta le caratteristiche principali di queste malattie: trombocitopenia e debolezza muscolare. Attualmente non esiste un trattamento valido per questi pazienti. Il nostro gruppo di ricerca ha avviato un processo di drug discovery per sviluppare modulatori SOCE, identificando CIC-39Na come composto selettivo, potente e biodisponibile. In questa comunicazione, riportiamo l'efficacia in vivo di CIC-39Na che è risultato in grado di ripristinare il numero di piastrine e ridurre il sanguinamento anomalo. I topi STIM1 p.I115F manifestano rispetto ai topi wild-type differenze nella trombopoiesi, nella clearance piastrinica e nei livelli di Ca2+ citosolico piastrinico a livello basale. Queste caratteristiche dei topi STIM1 p.I115F sono state ripristinate in seguito al trattamento degli animali con CIC-39Na. Il CIC-39Na, inoltre, riduce gli aggregati tubulari nei muscoli, ristabilisce la capacità motoria funzionale in vivo e ripristina SOCE a livelli fisiologici nei miotubi derivati da KI-STIM1I115F. Infine, i dati ottenuti da analisi di proteomica e RNAseq mostrano un'attivazione dello stress del reticolo endoplasmatico e della disfunzione mitocondriale nei muscoli KI-STIM1I115F. Ipotizziamo, quindi, che un aumento dell'ingresso di Ca2+ attraverso ORAI1 porti a un modesto aumento del Ca2+ citosolico e ciò può modulare in modo errato i processi Ca2+-dipendenti, ma soprattutto, può alterare l'omeostasi del Ca2+ nel reticolo endoplasmatico e nei mitocondri, inducendo stress del reticolo e disfunzioni bioenergetiche.

- Putney, J. W. (2011). Origins of the concept of store-operated calcium entry. Frontiers in Bioscience, S3(1), 980. - Cordero-Sanchez, C., et al., (2020). A luminal EF-hand mutation in STIM1 in mice causes the clinical hallmarks of tubular aggregate myopathy. DMM Disease Models and Mechanisms, 13(2). - Gamage, T. H., et al., (2018). STIM1 R304W causes muscle degeneration and impaired platelet activation in mice. Cell Calcium, 76(October), 87-100. - Silva-Rojas, R., et al., (2019). STIM1 over-activation generates a multi-systemic phenotype affecting the skeletal muscle, spleen, eye, skin, bones and immune system in mice. Human Molecular Genetics, 28(10), 1579-1593.

Tubular Aggregate Myopathy

Miopatia da aggregati tubulari