TRANSIENT TELOMERASE INDUCTION IN MYOGENIC PROGENITOR CELLS TO OVERCOME STEM CELL EXHAUSTION IN DUCHENNE MUSCULAR DYSTROPHY

La distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è una patologia genetica legata al cromosoma X caratterizzata da progressivo deterioramento muscolare, mancanza di rigenerazione, con esito fatale causato da insufficienza cardiaca e respiratoria. L’assenza di distrofina causa ripetuti cicli di degenerazione e rigenerazione provocati dalla fragilità intrinseca di membrana e surplus di calcio. Nel tempo, le cellule satelliti, cellule staminali residenti nel muscolo, perdono la loro capacità rigenerativa portando a deposizione di tessuto fibrotico e adiposo alterando l’architettura muscolare. Sebbene il muscolo possegga un alto potenziale rigenerativo, il meccanismo che spieghi l’esaurimento delle cellule satelliti rimane non chiaro. Una probabile concausa è l’eccessivo accorciamento telomerico dovuto all’elevata richiesta proliferativa. L’erosione dei telomeri, un meccanismo fortemente legato all’invecchiamento, è visibile anche in vitro: le cellule miogeniche DMD mostrano una marcata riduzione proliferativa. Siccome le moderne pratiche di diagnosi non richiedono più la necessità di una biopsia, la disponibilità di cellule DMD è bassa, limitata anche dalla loro scarsa attività proliferativa. Per questo progetto si è cercato di superare questo limite utilizzando, per la prima volta su un modello DMD, un mRNA transiente e non integrativo codificante la subunità catalitica di hTERT per ritardare la senescenza proliferativa attraverso il ripristino dei telomeri. L’obiettivo è indagare il meccanismo dell’invecchiamento e il potenziale ringiovanimento dei progenitori miogenici dopo la trasfezione dell’mRNA di hTERT. Il trattamento ha significativamente aumentato la proliferazione, raddoppiando la resa di cellule ottenute rispetto ai controlli, e incrementato la lunghezza dei telomeri nei progenitori miogenici DMD, migliorando la loro sopravvivenza in vitro. Si noti che le cellule sane non hanno ottenuto gli stessi benefici, suggerendo una risposta specifica per le popolazioni distrofiche. In conclusione, aumentare la capacità proliferativa delle cellule DMD potrebbe fornire uno strumento utile per lo studio dei telomeri, dell’esaurimento della nicchia staminale del muscolo e del loro impatto sulla distrofia, supportando lo sviluppo di nuovi approcci rigenerativi.

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is an X-linked disease marked by progressive muscle wasting, failed regeneration, and eventual cardiac or respiratory failure. Loss of dystrophin causes repeated cycles of degeneration and regeneration driven by membrane fragility and calcium overload. Over time, satellite cells—the main muscle stem cell population—lose their regenerative capacity, leading to fibrosis and fat infiltration that further impair muscle function. Although muscle can robustly regenerate after acute injury, the mechanisms behind the gradual exhaustion of satellite cells in DMD remain unclear. One proposed contributor is excessive telomere attrition caused by the high proliferative demand imposed by chronic degeneration. Telomere erosion, strongly linked to cellular aging, is reflected in vitro as well: DMD myogenic cells show a markedly reduced lifespan in culture. As current diagnostics no longer require muscle biopsy, patient-derived DMD cells are scarce and further limited by their restricted proliferative capacity. This project addresses these limitations by exploring, for the first time in DMD cells, transient non-integrating mRNA delivery of the telomerase catalytic subunit hTERT to delay proliferative senescence through telomere restoration. The goal is to uncover mechanisms of replicative senescence and potential rejuvenation in myogenic progenitors, following hTERT mRNA transfection. hTERT mRNA treatment increased telomere length in DMD myogenic progenitors, improving their survival in vitro, and leading to the significantly enhanced proliferation. Notably, healthy cells did not exhibit similar benefits, indicating a disease-specific responsiveness. In conclusion, extending the proliferative capacity of DMD cells may provide a powerful tool to study telomere biology, muscle stem cell exhaustion, and their impact on dystrophic pathology, ultimately supporting the development of new regenerative approaches.