Novel insights into the role of skeletal muscle autophagy in health and disease.

Componenti cellulari alterati o non più necessari vengono fisiologicamente rimossi dalla cellula attraverso un processo di auto-degradazione chiamato autofagia. E’ stato dimostrato che un difetto di autofagia può svolgere un ruolo centrale nella patogenesi di diverse malattie neurodegenerative, cardiache e legate all'invecchiamento. Nel nostro laboratorio è stato precedentemente dimostrato che una compromissione del flusso autofagico svolge un ruolo chiave nella patogenesi della miopatia di Bethlem (BM) e della distrofia muscolare congenita di Ullrich (UD), patologie umane congenite associate a carenza di collagene VI (COL6) che colpiscono principalmente il muscolo scheletrico. Inoltre è stato dimostrato che la riattivazione dell’autofagia attraverso strategie genetiche, farmacologiche o nutrizionali è in grado di migliorare il fenotipo miopatico dei topi Col6a1−/−, modello animale per le malattie dovute a deficit di COL6. Nonostante siano noti molti stimoli e molecole che inducono autofagia, la loro efficienza nel contrastare la progressione delle patologie muscolari deve essere valutata attentamente caso per caso, sia a livello preclinico che in ambito clinico. Durante il mio dottorato ho partecipato alla valutazione degli effetti di un trial clinico effettuato somministrando una dieta normocalorica a basso contenuto proteico (Low Protein Diet, LPD) ad un gruppo di pazienti BM e UD. Nonostante i risultati siano molto promettenti, questa terapia non è adatta a pazienti pediatrici a causa del bassissimo apporto proteico giornaliero. Strategie alternative per contrastare la progressione di BM e UD devono essere identificate e testate, perciò ho dedicato buona parte del mio dottorato di ricerca allo studio degli effetti della spermidina. Questa molecola è naturalmente presente in molti alimenti, non è tossica ed è stato dimostrato che induce autofagia in molti organismi modello. La somministrazione di spermidina riattiva l'autofagia nel muscolo di topi Col6a1−/−, e questo è accompagnato da un miglioramento della struttura e della funzione dei muscoli miopatici privi di COL6. Questo lavoro apre la strada alla formulazione di nuove terapie basate sulla dieta per BM e UD. Un altro obiettivo importante del mio progetto di dottorato è stato lo studio dei meccanismi alla base della regolazione dell’autofagia nel muscolo scheletrico. Mi sono concentrata in particolare sul chiarimento del ruolo di AMBRA1 (activating molecule in BECN1-regulated autophagy). Studi condotti su topi in cui il locus Ambra1 è stato mutato in modo casuale (Ambra1gt/gt) hanno dimostrato che questo gene è essenziale per lo sviluppo del sistema nervoso centrale, ed anche del muscolo scheletrico. Per chiarire meglio il ruolo di AMBRA1 nel muscolo scheletrico, abbiamo generato topi con un allele condizionale per Ambra1 (Ambra1f/f). Ho verificato in vivo il corretto funzionamento di questo allele, tramite incrocio con topi transgenici CAG-Cre, che esprimono la Cre ricombinasi negli ovociti, ottenendo l'allele null per Ambra1. Ho caratterizzato in modo preliminare topi omozigoti (Ambra1−/−) o eterozigoti (Ambra1+/−) per questo allele. Ho poi ottenuto topi knockout muscolo specifici per il gene Ambra1 (Ambra1f/f ::Mlc1f-Cre). I dati preliminari che ho sinora ottenuto sono molto interessanti: un'elevata percentuale di fibre muscolari prive di AMBRA1 contengono corpi di inclusione. Attualmente mi sto occupando di identificare la composizione di queste inclusioni e valutare lo stato di attivazione dell'autofagia e del sistema ubiquitina-proteasoma. I miei primi dati escludono la presenza di materiale amiloide nelle inclusioni, ed evidenziano un deficit in entrambi questi processi degradativi. Durante il dottorato ho inoltre contribuito a due progetti nei quali la condizione dell’autofagia è stata studiata in altre patologie muscolari ereditarie, identificando un deficit autofagico nel tibiale anteriore di un modello murino della distrofia muscolare di Duchenne, il topo mdx. Ho inoltre contribuito allo studio di biopsie muscolari prelevate da una paziente con una mutazione p.C150R nel gene FHL1, affetta da grave sarcopenia e da sindrome della colonna vertebrale rigida (Rigid Spine Syndrome, RSS), nelle quali abbiamo evidenziato un’aumentata induzione di autofagia probabilmente volta alla degradazione degli aggregati presenti nelle miofibre. Questi studi dimostrano che una disregolazione dell’autofagia è un meccanismo patogenetico comune a svariate patologie muscolari su base genetica, e fornisce un’ulteriore conferma della validità della modulazione del flusso autofagico come strategia terapeutica. In sintesi il mio lavoro evidenzia come una disregolazione dell’autofagia possa rivestire un ruolo chiave nello sviluppo di patologie muscolari, inoltre fornisce una base per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche basate sulla modulazione dell’autofagia nel muscolo scheletrico ed apre la strada per chiarire il ruolo di AMBRA1 in questo tessuto.