Degenerazione assonale nelle neuropatie periferiche: dai meccanismi molecolari all’approccio terapeutico

Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) is the most frequently observed inherited peripheral neuropathy, with a prevalence of approximately 1 in 2,500 people. It is a genetically heterogeneous group, with mutations in over 100 genes, and affects both motor and sensory nerves. The T124M mutation in the MPZ gene gives rise to CMT2J, an interesting subtype with a particular prevalence in northern Italy. Although MPZ is an exclusively expressed myelin protein, the disease is characterized by axonal degeneration with only minimal myelin involvement. This work provides additional, detailed characterization of the recently described MpzT124M mouse model. As shown previously, we confirmed extensive axonal degeneration and fibre loss in peripheral nerves. Given the role of SARM1 in mediating Wallerian degeneration, we crossed MpzT124M mice with Sarm1 null mice to investigate whether SARM1 deletion could attenuate axonal degeneration. While SARM1 deletion did not significantly rescue electrophysiological deficits, it did partially reduce degenerative features in sciatic nerves, preserved axonal integrity in motor-dominant femoral nerves and decreased neurofilament light chain (NfL) levels in plasma. These findings indicate that SARM1 modulation may offer selective protection in CMT2J, depending on nerve type and structural characteristics. Proteomic analysis of MpzT124M sciatic nerves revealed downregulation of key axonal transport proteins, including kinesins and dynactin, suggesting an axonal transport defect in these mice. We then found a progressive decrease in acetylated α-tubulin, indicative of compromised microtubule stability. In vivo imaging confirmed reduced retrograde transport speed and increased pausing of endosomes in MpzT124M mice, underscoring axonal transport defects as a central component of CMT2J pathophysiology. Therefore, we investigated HDAC6 as a therapeutic target, given its role in α-tubulin deacetylation and microtubule stability. Crossing MpzT124M mice with Hdac6 null mice demonstrated that Hdac6 deletion restored α-tubulin acetylation levels, normalized endosomal transport dynamics, and improved motor function. Morphological assessments showed reduced signs of axonal degeneration and improved nerve integrity, suggesting that HDAC6 inhibition could stabilize axonal structure and improve transport efficiency in CMT2J. Our findings highlight distinct roles for SARM1 and HDAC6 in axonal degeneration. Although they are acting through different pathways, both may be considered as potential therapeutic targets for CMT2J. Inhibitors for HDAC6 are commercially available and testing their efficacy in MpzT124M mice would be a logical next step. But their late disease onset would make preclinical drug screenings extremely time and resource consuming. Therefore, we are currently developing an iPSC derived neuromuscular assembloid model that is gene edited to carry the T124M mutation in MPZ. These cultures include motor neurons, Schwann cells and muscle cells and would provide a human relevant in vitro model for CMT2J.

La malattia di Charcot-Marie-Tooth (CMT) è la neuropatia periferica ereditaria più frequentemente osservata, con una prevalenza di circa 1 su 2.500 persone. È un gruppo di patologie geneticamente eterogeneo, con mutazioni in oltre 100 geni, che colpisce sia i nervi motori sia quelli sensoriali. La mutazione T124M nel gene MPZ dà origine alla CMT2J, un sottotipo particolarmente interessante con una particolare prevalenza nell’Italia settentrionale. Sebbene MPZ sia una proteina esclusivamente espressa nella mielina, questa malattia è caratterizzata da degenerazione assonale con un coinvolgimento minimo della mielina. Il nostro lavoro fornisce una caratterizzazione dettagliata aggiuntiva del modello murino recentemente descritto MpzT124M. Come mostrato in precedenza, abbiamo confermato un’estesa degenerazione assonale e una perdita di fibre nei nervi periferici. Considerando il ruolo di SARM1 nella degenerazione Walleriana, abbiamo incrociato i topi MpzT124M con topi privi di Sarm1 per indagare se la delezione di SARM1 potesse attenuare la degenerazione assonale. Sebbene la delezione di SARM1 non abbia significativamente recuperato i deficit elettrofisiologici, ha parzialmente ridotto i segni degenerativi nei nervi sciatici, preservato l'integrità assonale nei nervi femorali a predominanza motoria e diminuito i livelli di neurofilamenti a catena leggera (NfL) nel plasma. Questi risultati indicano che la modulazione di SARM1 potrebbe offrire una protezione selettiva nella CMT2J, a seconda del tipo di nervo e delle caratteristiche strutturali. L'analisi proteomica dei nervi sciatici di MpzT124M ha rivelato una riduzione nei livelli di proteine chiave del trasporto assonale, incluse le chinesine e la dinactina, suggerendo un difetto di trasporto assonale in questi topi. Abbiamo inoltre osservato una progressiva diminuzione dell’α-tubulina acetilata, indicativa di una compromissione della stabilità dei microtubuli. L’imaging in vivo ha confermato una riduzione della velocità di trasporto retrogrado e un aumento delle numero di pause degli endosomi nei topi MpzT124M, evidenziando che i difetti di trasporto assonale rappresentano un componente centrale della fisiopatologia della CMT2J. Pertanto, abbiamo investigato HDAC6 come bersaglio terapeutico, dato il suo ruolo nella deacetilazione dell’α-tubulina e nella stabilità dei microtubuli. L’incrocio dei topi MpzT124M con topi privi di Hdac6 ha dimostrato che la delezione di Hdac6 ripristina i livelli di acetilazione dell’α-tubulina, normalizza la dinamica del trasporto endosomiale e migliora la funzione motoria. Le valutazioni morfologiche hanno mostrato una riduzione dei segni di degenerazione assonale e un miglioramento dell’integrità dei nervi, suggerendo che l’inibizione di HDAC6 potrebbe stabilizzare la struttura assonale e migliorare l’efficienza del trasporto nella CMT2J. I nostri risultati evidenziano ruoli distinti per SARM1 e HDAC6 nella degenerazione assonale. Sebbene agiscano attraverso percorsi diversi, entrambi potrebbero essere considerati potenziali bersagli terapeutici per la CMT2J. Gli inibitori di HDAC6 sono commercialmente disponibili, e testarli nei topi MpzT124M rappresenterebbe un passo logico successivo. Tuttavia, l'insorgenza tardiva della malattia rende gli screening preclinici estremamente dispendiosi in termini di tempo e risorse. Per questo motivo, stiamo attualmente sviluppando un modello di assembloide neuromuscolare derivato da iPSC, geneticamente modificato per portare la mutazione T124M in MPZ. Queste colture includono neuroni motori, cellule di Schwann e cellule muscolari, e potrebbero fornire un modello in vitro rilevante per l’uomo per lo studio della CMT2J.