Uno screening del genoma in cellule pluripotenti identifica Mtf1 come un nuovo soppressore della tossicità dell'huntingtina mutante

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.

La malattia di Huntington (HD) è una malattia neurodegenerativa ereditaria e incurabile causata dalle espansioni ripetute CAG nel gene dell'huntingtina (HTT). La proteina HTT mutante risultante altera la fisiologia cellulare a più livelli, inducendo tossicità e morte cellulare. I meccanismi che causano direttamente la tossicità sono solo parzialmente compresi, precludendo così lo sviluppo di strategie terapeutiche efficaci. In questo studio abbiamo sviluppato un nuovo metodo per l'identificazione di nuovi soppressori della tossicità dell'HTT mutante eseguendo uno screening dell'intero genoma in cellule staminali pluripotenti, seguito dalla convalida sia nei modelli di pesce zebra che in quelli di topo HD. I candidati soppressori identificati sono risultati essere coinvolti in processi associati alla HD. Per convalidare ulteriormente il nostro approccio, ci siamo concentrati su uno dei nostri candidati, il fattore di trascrizione regolatorio dei metalli 1 (MTF1), un fattore di trascrizione che controlla l'omeostasi dei metalli nella cellula. L'espressione forzata di Mtf1 contrasta la morte cellulare, lo stress ossidativo e le alterazioni trascrizionali causate dall'HTT mutante nelle cellule pluripotenti. In zebrafish, Mtf1 riduce le malformazioni e l'apoptosi indotte dall'HTT mutante, mentre la somministrazione di Mtf1 da parte dei vettori virali adeno-associati (AAV) ha ridotto i difetti motori osservati in un modello murino di HD. Il metodo che abbiamo sviluppato consente di passare rapidamente dall'identificazione in vitro di geni con potenziale terapeutico alla loro validazione in modello preclinico e può essere facilmente adattato ad altre malattie neurodegenerative e monogeniche.