Huntington's disease (HD) is an inherited and incurable neurodegenerative disorder caused by CAG repeat expansions in the huntingtin (HTT) gene. The resulting mutant HTT protein alters cellular physiology at multiple levels, inducing toxicity and cell death. The mechanisms directly causing toxicity are partially understood, thus precluding the development of effective therapeutic strategies. Here we developed a novel method for the identification of novel suppressors of mutant HTT toxicity
by performing a genome-wide screen in pluripotent stem cells, followed by hit validation both in zebrafish and mouse HD models. The candidate suppressors identified were strongly enriched for HD-associated processes. To further validate our approach, we focused on one of our candidates, Metal regulatory transcription factor 1 (MTF1), a transcription factor controlling metal homeostasis in the cell. Forced expression of Mtf1 counteracts cell death, oxidative stress and transcriptional alterations caused by mutant HTT in pluripotent cells. In zebrafish, Mtf1 reduces malformations and apoptosis induced by mutant HTT, while Mtf1 delivery by Adeno-Associated viral (AAV) vectors ablated motor defects observed in an HD mouse model. The method we developed allows to swiftly go from in vitro identification of genes with therapeutic potential to their validation in preclinical model, and it can be easily adapted to other neurodegenerative and monogenic diseases.
Identificazioni di geni in grado di proteggere le cellule dalla hungtintina mutante.
La corea, o malattia di Huntington è una malattia neurodegenerativa ereditaria e incurabile causata da una espansione del numero di triplette CAG nel gene huntingtina (HTT). La risultante proteina HTT mutante altera la fisiologia cellulare a più livelli, inducendo tossicità e morte cellulare. I meccanismi che causano direttamente la tossicità sono parzialmente compresi, precludendo così lo sviluppo di strategie terapeutiche efficaci. Abbiamo utilizzato delle cellule staminali per cercare dei geni in grado di contrastare gli effetti tossici causati da HTT mutante. Abbiamo identificato numerosi geni con tale attività, ma abbiamo deciso di concentrarci su uno di essi, chiamato MTF1. MTF1 è un fattore che controlla i livelli di metalli della cellula, poiché è noto che un accumulo eccessivo di alcuni metalli sia tossico. Abbiamo visto che aumentare artificialmente i livelli di MTF1 protegge le cellule staminali dalla morte e dallo stress ossidativo. Abbiamo poi sviluppato un modello animale di malattia di Huntington, usando il pesce zebra. La presenza di HTT mutante causa malformazioni e morte cellulare nel cervello del pesce zebra. Questi effetti sono contrastati da MTF1. Infine, in un topo che sviluppa la malattia di Huntington, abbiamo visto che somministrare MTF1, mediante terapia genica, corregge i difetti motori ed alcune alterazioni molecolari nel cervello, tipicamente associate alla malattia di Huntington. Il metodo che abbiamo sviluppato consente di passare rapidamente dall'identificazione di geni con potenziale terapeutico alla loro validazione in modelli animali, anche detti modelli preclinici, e può essere facilmente adattato ad altre malattie neurodegenerative e monogeniche.