Marinesco-Sjögren syndrome (MSS) is a genetic disease of infancy linked to loss-of-function mutations in the gene encoding SIL1, a nucleotide exchange factor for the endoplasmic reticulum (ER) chaperone BiP (1). Individuals with MSS suffer various disabilities, including loss of motor coordination due to cerebellar degeneration, and skeletal muscle weakness. After a progressive phase, symptoms stabilize and patients live to old age. Therefore, any pharmacological treatment that delays or attenuates cerebellar degeneration and/or muscle pathology can significantly improve their quality of life. We found that inhibiting the PERK branch of the unfolded protein response (UPR) with GSK2606414 delays Purkinje cell (PC) degeneration, and ameliorates motor function and muscle pathology in the woozy mouse model of MSS (2). However complete PERK inhibition by GSK2606414 is toxic to the pancreas and does not fully rescue the mouse disease. In this project, we tested trazodone and dibenzoylmethane (DBM), which partially inhibit PERK signaling downstream of eIF2alpha-P without pancreatic toxicity (3). We also tested tauroursodeoxycholic acid (TUDCA), a chemical chaperone which prevents ER stress-induced apoptosis in MSS cells (4). These drugs are already used in the clinical practice, therefore positive results in the woozy model may lead to their rapid repurposing for MSS. Trazodone was given 40 mg/kg daily via intraperitoneal (ip) injection; DBM 0.5% and TUDCA 0.4% in the diet ad libitum. Controls were administered saline ip or normal diet. Mice were treated starting from the fifth week of age for five weeks. Motor function was scored weekly by the beam walking and accelerated rotarod tests. At the end of the treatment, half brain was fixed for CHOP and calbindin immunohistochemistry to assess the effect of the treatments on PERK/eIF2alpha signaling and PC degeneration. The other half was snap frozen for laser capture microdissection of PCs for qPCR analysis of UPR markers. Trazodone did not prevent development of motor dysfunction in woozy mice, although it slightly ameliorated their performance in the beam walking test. However, immunohistochemistry found no reduction in CHOP activation or PC degeneration, indicating that the effect on motor behavior was not due to inhibition of PERK/eIF2alpha signaling. DBM and TUDCA had no effect on development or progression of motor deficits assessed by either the beam walking or the rotarod test. Analyses to test whether they had any effect on the UPR and PC degeneration are under way. In conclusion, at the dosages tested, trazodone, DBM and TUDCA did not prevent disease in the woozy mouse model of MSS, with only trazodone improving motor coordination in the beam walking test through a mechanism unrelated to inhibition of PERK signaling in PCs. Further investigations are required to see whether the treatment schedule and/or drug dosage can be optimized to obtain robust target engagement and beneficial effects.

Studio preclinico di efficacia terapeutica degli inibitori di PERK e del TUDCA nella sindrome di Marinesco-Sjögren La sindrome di Marinesco-Sjögren (MSS) è una rara malattia genetica dell'infanzia che causa grave disabilità, tra cui perdita della coordinazione motoria dovuta a degenerazione cerebellare e debolezza muscolare a causa della degenerazione dei muscoli scheletrici. Dopo una fase progressiva, i sintomi si stabilizzano e i pazienti hanno una normale aspettativa di vita. Pertanto, qualsiasi trattamento farmacologico che ritardi o attenui la degenerazione cerebellare e/o la patologia muscolare potrebbe migliorare significativamente la loro qualità di vita. Abbiamo scoperto che l'inibizione della chinasi PERK, un enzima che regola la sintesi delle proteine, con il farmaco sperimentale GSK2606414 ritarda la degenerazione cerebellare e migliora la funzione motoria e la patologia muscolare in un modello murino di MSS. Tuttavia il GSK2606414 è tossico per il pancreas e non previene completamente la malattia. Questo progetto si proponeva di valutare l'efficacia del farmaco antidepressivo trazodone e del dibenzoilmetano (DBM), un derivato della liquirizia dalle proprietà antitumorali, che inibendo parzialmente PERK non causano tossicità pancreatica. Ci si proponeva anche di studiare anche l'acido tauroursodeossicolico (TUDCA), un farmaco con un diverso meccanismo d'azione, che ha mostrato risultati positivi in un modello cellulare della malattia. Poiché questi farmaci sono già utilizzati nella pratica clinica per altri scopi, una dimostrazione di efficacia nel modello murino potrebbe portare rapidamente al loro utilizzo nei pazienti affetti da MSS. Abbiamo effettuato una serie di esperimenti nei topi modello di MSS per verificare la capacità di questi farmaci di prevenire l'insorgenza dei deficit motori, o rallentarne la progressione, e proteggere dalla degenerazione del cervelletto. Il trazodone è stato somministrato tramite iniezione intraperitoneale alla dose di 40 mg/kg, mentre il DBM allo 0,4% e il TUDCA allo 0,5% nella dieta, a partire dalla quinta settimana di vita, per una durata di 5 settimane. Per tutta la durata del trattamento abbiamo monitorato la progressione della disfunzione motoria con appositi test comportamentali. Questi test hanno evidenziato un modesto effetto protettivo del trazodone, ma non del DBM o del TUDCA. Sono in corso ulteriori analisi per capire se i farmaci hanno raggiunto le concentrazioni attese nel cervello e se hanno inibito sufficientemente PERK.

1. Chiesa, R., and Sallese, M. (2020). Protein misfolding diseases - the rare case of Marinesco‐Sjögren syndrome. Neuropathol Appl Neurobiol 46, 323-343. 10.1111/nan.12588. 2. Grande, V., Ornaghi, F., Comerio, L., et al. (2018). PERK inhibition delays neurodegeneration and improves motor function in a mouse model of Marinesco-Sjögren syndrome. Hum. Mol. Genet. 27, 2477-2489. 10.1093/hmg/ddy152. 3. Halliday, M., Radford, H., Zents, et al. (2017). Repurposed drugs targeting eIF2α-P-mediated translational repression prevent neurodegeneration in mice. Brain 140, 1768-1783. 10.1093/brain/awx074. 4. Kashimada, A., Hasegawa, S., Isagai, T., Uchiyama, T., Matsuo, M., Kawai, M., Goto, M., Morio, T., Hayashi, Y.K., and Takagi, M. (2018). Targeting the enhanced ER stress response in Marinesco-Sjögren syndrome. J. Neurol. Sci. 385, 49-56. 10.1016/j.jns.2017.12.010.

Marinesco-Sjögren syndrome

Sindrome di Marinesco-Sjögren