Valutazione di strategie terapeutiche per contrastare l'atrofia muscolare in un modello murino adulto di distrofia muscolare facio-scapolo-omerale (FSHD)

Muscle atrophy is a key feature displayed by many muscular dystrophies, including Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy (FSHD), for which no effective treatments are currently available. This study aims to explore novel therapeutic strategies to counteract muscle atrophy using a mouse model for FSHD that specifically overexpresses FRG1 in skeletal muscle. A multi-omics approach has been exploited to characterize the molecular profile of FRG1-mice from the first week of age through the full manifestation of dystrophic symptoms in adulthood. This longitudinal study revealed defects in energy metabolism, including reduced glycolysis, oxidative phosphorylation, and fatty acid oxidation. Over time, FRG1-mice exhibited impaired muscle fiber maturation, with a persistent expression of embryonic and neonatal myosin, leading to an impaired contractile activity. In adulthood, FRG1 skeletal muscle displayed fiber necrosis, along with a clear activation of inflammatory pathways. Our analysis identified two distinct phases in disease onset and progression: an initial phase marked by impaired metabolism and muscle development, followed by a phase characterized by skeletal muscle degeneration. A key finding of this research was the identification of Cdkn1a, the gene encoding p21, as a potential therapeutic target. Cdkn1a was found upregulated in FRG1-mice and preceded the muscle degenerative process. Cdkn1a was also found upregulated in biopsies of FSHD patients. To evaluate the therapeutic potential of p21 inhibition, a new double-mutant mouse model was generated by crossing the original FRG1-mice with a Cdkn1a knockout mutant strain. In this model, the genetic ablation of Cdkn1a resulted in improved muscle function, enhanced physical exercise tolerance, and reduced collagen deposition in muscles. Additionally, histological analyses revealed improved muscle tissue organization and reduction of fibro-adipogenic progenitors (FAPs) and phagocytizing macrophages, suggesting a partial amelioration of the dystrophic symptoms. These results indicate that Cdkn1a plays a significant role in the progression of muscular dystrophy. Its inhibition is a promising therapeutic strategy to mitigate muscle atrophy, not only in FSHD patients but also in individuals affected by other neuromuscular conditions involving muscle atrophy.

L'atrofia muscolare è una caratteristica chiave di molte distrofie muscolari, tra cui la distrofia muscolare facio-scapolo-omerale (FSHD), per la quale attualmente non sono disponibili trattamenti efficaci. Questo studio mira a esplorare nuove strategie terapeutiche per contrastare l'atrofia muscolare utilizzando un modello murino di FSHD che sovra-esprime FRG1 nel muscolo scheletrico. In questo studio, è stato utilizzato un approccio multi-omico per caratterizzare il profilo molecolare dei topi FRG1 dalla prima settimana di vita fino alla piena manifestazione dei sintomi distrofici in età adulta. Questo studio longitudinale ha rivelato nel muscolo del topo FRG1 difetti nel metabolismo energetico, inclusa una riduzione della glicolisi, della fosforilazione ossidativa e dell'ossidazione degli acidi grassi. I topi FRG1 hanno mostrato una maturazione compromessa delle fibre muscolari, con un'espressione persistente di miosina embrionale e neonatale, con conseguente compromissione dell’attività contrattile. In età adulta, sono state osservate fibre necrotiche insieme ad una chiara attivazione di vie coinvolte nel processo infiammatorio. Pertanto, sono state identificate due fasi distinte nella progressione della malattia: una fase iniziale caratterizzata da metabolismo e sviluppo muscolare compromessi, seguita da una fase tardiva caratterizzata da degenerazione muscolare. Una scoperta chiave di questa ricerca è stata l'identificazione di Cdkn1a, il gene che codifica per p21, come potenziale bersaglio terapeutico. Cdkn1a è risultato overespresso nei topi FRG1, e la sua overespressione è stata associata al processo di degenerazione muscolare. Cdkn1a è stato inoltre osservato overespresso mediante analisi di qRT-PCR in biopsie di pazienti FSHD. Per valutare il potenziale terapeutico dell'inibizione di p21, è stato generato un nuovo modello murino doppio mutante incrociando i topi FRG1 con una linea che presenta il knockout di Cdkn1a. In questo modello, l'ablazione genetica di Cdkn1a ha portato a un miglioramento della funzione muscolare, una maggiore tolleranza all'esercizio fisico e una riduzione nella deposizione di collagene nei muscoli. Inoltre, le analisi istologiche hanno rivelato una migliore organizzazione del tessuto muscolare e una riduzione della presenza di progenitori fibro-adipogenici (FAP) e macrofagi fagocitanti, suggerendo un miglioramento parziale dei sintomi distrofici. Questi risultati suggeriscono che Cdkn1a svolge un ruolo significativo nella progressione della distrofia muscolare. La sua inibizione potrebbe rappresentare una promettente strategia terapeutica per mitigare l'atrofia muscolare, non solo nei pazienti con FSHD ma anche in individui affetti da altre patologie neuromuscolari che comprendono l'atrofia muscolare.