Di Susanna Croci – Dipartimento di Biotecnologie mediche, Università di Siena
FOXG1 è un gene localizzato sul cromosoma 14q12 e codifica per un fattore di trascrizione. Nel 2008 il gruppo della UOC di Genetica Medica di Siena diretto dalla prof.ssa Alessandra Renieri pubblica un lavoro dove viene riportato il caso di una paziente di 7 anni che presenta sintomi particolari simili al decorso della RTT come microcefalia postnatale, convulsioni e grave ritardo mentale. Per identificare i geni responsabili della sintomatologia è stata fatto un cariotipo molecolare da cui è emersa la presenza di una delezione di 3 Mb nel cromosoma 14q12, una regione che contiene pochi geni e fra questi è incluso FOXG1 (Papa et al., 2008).
Sempre nello stesso anno l’analisi del genoma svolta sul DNA di due pazienti di età diversa ha permesso di confermare che il gene FOXG1 è responsabile della variante congenita della RTT (Ariani, et al., 2008). FOXG1 è un gene con un ruolo importante già dalle prime fasi dello sviluppo embrionale e promuove la formazione della parte anteriore del cervello, in particolare la corteccia cerebrale, istruendo le cellule staminali a creare una struttura biologica precisa.
L’attività di questo gene è essenziale per lo sviluppo del cervello, in particolare del telencefalo. Inoltre, studi recenti riportano che l’attività di FOXG1 è essenziale per lo sviluppo, il differenziamento e la sopravvivenza di vari tessuti. (Dyng et al., 2020).
Un altro aspetto interessante che riguarda FoxG1 è correlato ad un’analisi fatta sulle sezioni di corteccia cerebrale di topi in cui veniva riscontrato una sovrapposizione dell’espressione di FoxG1 e di MeCP2 nelle stesse aree (Ariani et al., 2008). Inoltre, è stato evidenziato che l’espressione di FoxG1 è rilevabile nel compartimento corticale nelle fasi postnatali, sebbene a livelli inferiori rispetto alle prime fasi embrionali. Quest’analisi potrebbe essere un punto di partenza per comprendere se c’è un network molecolare che unisce i pathway di FoxG1 e di MeCP2. Un gruppo di ricerca nel 2012 ha cercato di rispondere a questa domanda dimostrando che nei neuroni dei granuli cerebellari di topo con over espressione di MeCP2 induce neurotossicità e la morte delle cellule. Questo processo è regolato da FOXG1 che esercita una funzione neuroprotettiva (Dastidar et al., 2012). FoxG1 agisce come regolatore chiave dell’attività elettrica nella corteccia cerebrale nei topi e regola lo sviluppo postnatale degli interneuroni corticali (Tigani et al., 2020; Shen et al., 2019; Hou et al., 2020). Quando l’espressione di FOXG1 è assente si ha l’interruzione del ciclo cellulare nelle cellule progenitrici del telencefalo, e una perdita della capacità di auto-rinnovamento delle cellule staminali neurali. Nei topi knockout (KO), ovvero privi dell’espressione del gene FOXG1, è stato riscontrato che quando l’espressione del gene nella fase embrionale viene a mancare, il volume dell’emisfero cerebrale è ridotto e i topi muoiono subito dopo la nascita, con conseguente assottigliamento della corteccia e stratificazione neuronale anormale (Hou et al., 2020; Shen et al., 2019).
Studi recenti riportano il coinvolgimento del gene FOXG1 nel mantenere l’omeostasi delle cellule ciliate presenti nell’orecchio interno. Queste cellule hanno il compito di captare i suoni e i movimenti della testa e di trasmetterli poi al cervello sotto forma di impulsi nervosi. Le cellule ciliate non si rigenerano e non possono essere riparate o sostituite. FoxG1 agisce nelle cellule ciliate influenzando il loro numero e la loro polarità. Inoltre, FoxG1 regola i processi autofagici, l’omeostasi dei mitocondri e le relative vie di segnalazione. Nei topi KO per FOXG1 è stata dimostrata un’alterazione della polarità e della sopravvivenza delle cellule ciliate nell’orecchio interno (He et al., 2021; Ding et al., 2020). Pertanto, l’esplorazione approfondita del ruolo di questo gene nell’orecchio interno migliorerà il suo utilizzo come bersaglio per la rigenerazione delle cellule ciliate e il trattamento della perdita dell’udito neurosensoriale. Un altro studio scientifico si è focalizzato sullo studio degli effetti benefici della trieptanoina, un trigliceride utilizzato nella cura delle malattie metaboliche. L’inclusione di questa sostanza nella dieta dei topi FoxG1+/- induce un miglioramento dell’attività elettrica cerebrale e una diminuzione delle convulsioni. Inoltre, è stato dimostrato che la trieptanoina influisce sul ripristino dell’attività del KCC2, un canale del cloro specificamente localizzato nel cervello che ha un ruolo importante nell’inibizione sinaptica (Testa et al., 2019).
Ad oggi non esiste una cura per la RTT e i per i pazienti sono disponibili terapie riabilitative, trattamenti farmacologici e un adeguato supporto nutrizionale che migliorano la qualità di vita alleviando la sintomatologia.
Sono riportati circa 27 studi interventistici con 17 diversi farmaci per pazienti RTT (https://clinicaltrials. gov ). Fra questi ha una notevole importanza lo studio basato sulla somministrazione del fattore di crescita insulino simile IGF-1 (NCT01253317). Sebbene sia stato osservato un miglioramento fenotipico dopo la somministrazione di IGF-1, nessuno dei trattamenti valutati fino ad oggi è riuscito a far regredire efficacemente i sintomi della RTT.
Grazie ai progressi nel campo della medicina di precisione, una nuova possibilità per il futuro dei pazienti RTT è rappresentata dalla terapia genica. Questo approccio ha come obiettivo quello di ripristinare la funzione del gene.
Negli ultimi anni, il team di ricerca della Genetica Medica di Siena si è focalizzato sullo studio della terapia genica in diverse malattie, fra cui la RTT. In particolare, il team sta lavorando sulla correzione di mutazioni nei geni MECP2, FOXG1 e CDKL5. Per quanto riguarda il gene FOXG1 sono state studiate due mutazioni specifiche: c.688C>T (p.(Arg230Cys)) e c.765G>A (p(Trp255Ter)) (Croci et al., 2020). L’obiettivo finale dello studio è quello di correggere la mutazione direttamente nei neuroni, il tipo cellulare primariamente coinvolto nella RTT, utilizzando la tecnologia CRISPR/ Cas9 e sfruttando uno dei meccanismi di riparazione della cellula, l’Homology-Directed Repair-HDR. Lo studio, adesso in fase preclinica, prevede di testare i virus adeno-associati (AAV) per veicolare il sistema di correzione nelle cellule in vitro e in futuro in vivo nel modello animale. Come modello per lo studio di questo approccio sono state scelte le cellule staminali pluripotenti indotte o iPSC, ottenute per riprogrammazione a partire dai fibroblasti del paziente. L’efficienza di correzione, valutata tramite Next Generation Sequencing NGS, nei fibroblasti con entrambe le mutazioni varia dal 19% al 26%. Inoltre il sistema di correzione è stato validato nei neuroni con la mutazione c.688C>T (p.(Arg230Cys)), ottenendo un’efficienza del 34% (Croci et al., 2020). Lo step successivo sarà quello di iniziare i test in vivo nei topi per confermare l’efficacia e la sicurezza del sistema.
