I meccanismi molecolari alla base della Malattia di Darier: dai geni alle proteine

Darier Disease (DD) (OMIM #124200) is a rare autosomal dominant genodermatosis affecting around 1 in 50,000 people. From a histopathological point of view, DD is characterized by loss of intercellular adhesion (acantholysis), premature and abnormal keratinization (dyskeratosis) and presence of rounded keratinocytes (corps ronds). Skin lesions typically appear in patients between the age of 6 and 20 years, predominantly in body areas more exposed to UV irradiation, heat and friction. DD is primarily attributed to missense, non-sense, deletion, insertion and altered splicing mutations within the ATP2A2 gene (12q23-24.1) encoding the Sarco/Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase type 2 (SERCA2), a ubiquitously expressed cellular pump responsible for the translocation of Ca2+ from the cytosol to the Endoplasmic Reticulum. Altered SERCA2 function impairs the intracellular calcium homeostasis leading to ER stress response and cell apoptosis. The perturbation of calcium levels could be responsible for desmosomes assembly alteration, consequently impairing cell-to-cell adhesion. However, the molecular mechanism by which SERCA2 mutations cause disease abnormalities is not well clarified. Considering the SERCA2 role in the modulation of the NOTCH1 pathway in several disease models, our hypothesis posits that SERCA2 loss-of-function variants could inactivate NOTCH1 activity and its signaling. The project’s aims include the definition of the role of SERCA2 mutations on the NOTCH1 and other molecular pathways and the transcriptional effects of SERCA2 inhibition. By combining in vitro and in vivo assays we identified novel signaling pathways deregulations. In particular, upregulated ones included immunological, inflammatory, and cell responses to external stimuli, while genes associated with metabolic functions such as fatty acid metabolism, ribosomal structural components, and mitochondrial activity resulted to be downregulated. Additionally, NOTCH1 signaling target proteins were found to be dysregulated, according to our starting hypothesis. Our findings provide important insights into the molecular mechanisms underlying Darier disease, which may offer potential targets for therapeutic interventions.

La malattia di Darier (OMIM #124200) è una rara genodermatosi autosomica dominante che colpisce circa 1 persona su 50.000. Da un punto di vista istopatologico, la DD è caratterizzata da perdita di adesione intercellulare (acantolisi), cheratinizzazione prematura e anomala (discheratosi) e presenza di cheratinociti tondeggianti (corps ronds). Le lesioni cutanee compaiono tipicamente in pazienti di età compresa tra i 6 e i 20 anni, prevalentemente nelle aree corporee più esposte ai raggi UV, al calore e allo sfregamento. La DD è principalmente attribuita a mutazioni missenso, non-senso, di delezione, di inserzione e di splicing alterato all’interno del gene ATP2A2 (12q23-24.1) che codifica per la Sarco/ATPasi del calcio del reticolo endoplasmatico di tipo 2 (SERCA2), una pompa cellulare ubiquitariamente espressa responsabile della traslocazione degli ioni Ca2+ dal citosol al lume del reticolo endoplasmatico. L’alterata funzione della proteina SERCA2 compromette l’omeostasi intracellulare del calcio portando all’attivazione della risposta allo stress ER e all’apoptosi cellulare. La perturbazione dei livelli di calcio potrebbe essere responsabile dell’alterazione dell’assemblaggio dei desmosomi, compromettendo di conseguenza l’adesione cellula-cellula. Tuttavia, il meccanismo molecolare con cui le mutazioni di SERCA2 causano anomalie della malattia non è ben chiarito. Considerando il ruolo di SERCA2 nella modulazione della via di segnalazione di NOTCH1 in diversi modelli di malattia, la nostra ipotesi postula che le varianti con perdita di funzione di SERCA2 potrebbero compromettere la maturazione NOTCH1 e di conseguenza la trascrizione dei suoi geni target. Gli obiettivi del progetto includono la definizione del ruolo delle mutazioni di SERCA2 sulla via di segnalazione di NOTCH1 e di altre vie molecolari e gli effetti trascrizionali dell’inibizione di SERCA2. Combinando saggi in vitro ed in vivo abbiamo identificato la deregolazione di diverse vie di segnalazione. In particolare, quelle sovra regolate includono processi immunologici, infiammatori e risposte cellulari a stimoli esterni, mentre i geni associati alle funzioni metaboliche come il metabolismo degli acidi grassi, le componenti strutturali ribosomiali e l’attività mitocondriale risultano sotto regolati. Inoltre, è stato riscontrato che la segnalazione NOTCH1 è deregolata. I nostri risultati forniscono importanti informazioni sui meccanismi molecolari alla base della malattia di Darier, che possono offrire potenziali bersagli per interventi terapeutici.