Nuovo traguardo nella terapia genica: il ruolo del vettore virale AAV8 nella regressione della cardiomiopatia associata all’atassia di Friedreich, patologia neuro-cardio-degenerativa

Fredereich's ataxia ( FRDA) is a rare, currently incurable, multisystemic, autosomal recessive disease with an hereditary pattern and it's also the most common among such disorders to have an early onset. It's primarily caused by the expansion of the GAA triplet repeat, almost always found in both alleles, which leads to reduced expression of the mitochondrial protein Frataxin ( FXN ). This protein acts as an accelerator in mitochondrial processes required for the synthesis of iron sulphur clusters. Therefore, its deficiency result in mitochondrial failure, iron dysmetabolism and an increased sensitivity to oxidative stress. FRDA is characterised by progressive neuro degeneration, with many patients also developing cardiomyopathy, which ultimately culminates with cardiac arrest and death. The first symptoms to appear are loss of balance and coordination disorders, already starting in childhood or adolescence, followed by growth disturbances, muscle weakness, dysarthria, diabetes mellitus or insulin resistance, with a life expectancy of about 25 years from the onset of symptoms in the most severe cases. The potential to reverse or prevent the progression of the cardiac phenotype in FRDA has been studied in a mouse model using an adeno-associated viral vector (AAV8) containing decoding sequence of the FXN gene. The conditional knockout mouse Fxnflox/null::MCK-Cre, referred to as the FXN-MCK mouse, presents a gene ablation, a technique used to investigate gene function by disabling or deleting it, that prevents the expression of the protein in cardiac and skeletal muscle, leading to heart failure, weight loss and morbidity, which is referred to as deterioration of the animals' health and/or an increase in the frequency or severity of symptoms. FXN-MCK mice received a single intravenous injection containing the AAV8 vector engineered with either the human FXN ( hFXN) or the murine FXN gene ( mFXN ) , under the control of the phosphoglycerate kinase promoter. Comparing FXN-MCK control mice treated only with a vehicle to those treated with the viral vector, the latter showed increased body weight, reversal of cardiac deficits and increased survival, with no apparent heart or liver toxicity up to 12 weeks post-dose. Expression of Frataxin in cardiac tissue was monitored in a dependent manner, showing a widespread distribution throughout the heart, similar to the wild type phenotype, though more speckled. Overall, these results support the AAV8 based approach for the treatment of cardiomyopathy associated with Friedreich's ataxia.

L’atassia di Friedreich ( FRDA) è una malattia rara, attualmente senza cura, multisistemica, autosomica e recessiva, con andamento ereditario ed è anche la più comune fra di esse ad avere esordio precoce. Essa è principalmente attribuita all’espansione della tripletta GAA, quasi sempre in doppia copia e ciò porta alla riduzione dell’espressione della proteina mitocondriale frataxina (FXN). Questa proteina agisce come un acceleratore in processi mitocondriali, che servono alla sintesi dei cluster Fe-S, perciò carenza di essa porta ad insufficienza mitocondriale, dismetabolismo del ferro e sensitività aumentata allo stress ossidativo. FRDA è caratterizzata dalla progressiva neuro degenerazione, con molti pazienti che sviluppano inoltre cardiomiopatia, la quale progredisce fino ad arresto cardiaco e morte; i primi sintomi a comparire sono la perdita di equilibrio e disordini della coordinazione, già a partire dall’infanzia o dall’adolescenza, procedendo con disturbi della crescita, debolezza muscolare, disartria, diabete mellito o resistenza insulinica, con un’aspettativa di vita, a partire dall’insorgenza dei primi sintomi, di circa 25 anni al massimo, nei casi più gravi. Il potenziale di invertire o prevenire la progressione del fenotipo cardiaco di FRDA è stato studiato nel modello murino, usando un vettore virale associato ad una adenovirus (AAV8), contenente la sequenza codificante il gene FXN. Il topo knockout condizionale Fxnflox/null::MCK-Cre, ovvero il topo FXN-MCK, contiene un’ ablazione genica, ovvero una tecnica che permette di capire la funzione di quel gene disattivandolo o eliminandolo, che impedisce l’espressione della proteina nel muscolo cardiaco e scheletrico, portando all’insufficienza cardiaca, perdita di peso e morbidità, per la quale si intende un peggioramento dello stato di salute degli animali e/o un aumento della frequenza o gravità dei sintomi. I topi FXN-MCK hanno ricevuto un’iniezione intravenosa in singola dose, contenente il vettore AAV8, ingegnerizzato con il gene FXN umano (hFXN) o murino (mFXN), sotto il controllo del promotore della fosfoglicerato kinasi. Facendo un confronto tra i topi di controllo FXN-MCK trattati solo con il veicolo, e i topi trattati con il vettore virale, questi ultimi dimostravano un aumento nel peso corporeo, inversione dei deficit cardiaci e aumento nella sopravvivenza, senza apparente tossicità nel cuore o nel fegato fino a 12 settimane post dose. L’espressione della proteina frataxina nel tessuto cardiaco è stata monitorata in maniera dose dipendente, dimostrando una distribuzione ampia in tutto il cuore, similarmente al fenotipo Wild type, ma più frammentaria. Questi risultati nel complesso supportano l’approccio basato sul vettore AAV8 per il trattamento della cardiomiopatia associata all’atassia di Friedreich.