Targeting non-cell autonomous mechanisms in motor neuron disease

I meccanismi patogenetici responsabili della morte selettiva dei motoneuroni nella Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) sono largamente ignoti, ma è stato dimostrato il coinvolgimento di fattori sia cellulo autonomi che non cellulo autonomi. Il contributo non cellulo autonomo è stato riportato essere antecedente la morte dei motoneuroni, diventando così rilevante per fini diagnostici e terapeutici, e per gettar luce sull’intera sequenza di eventi. Di seguito riportiamo i contributi non cellulo autonomi in due modelli murini di SLA. Il noto modello SOD1-G93A è stato utilizzato per investigare il contributo vascolare nella patogenesi della SLA. Abbiamo sfruttato la tecnologia TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification) per purificare le molecole di mRNA in attiva traduzione (collettivamente definite traslatoma) da cellule del midollo spinale esprimenti la caderina dell’endotelio vascolare (Cdh5). È emersa una forte attivazione dei fibroblasti perivascolari (PVF) a partire dall’esordio della malattia. Tra i geni dei PVF precocemente alterati, ci siamo focalizzati sulla chemochina eotaxin-1/CCL11, un chemoattrattore di cellule immunitarie che potrebbe indurre lo stato di neuroinfiammazione che contribuisce alla patologia del motoneurone. Dall’altra parte, abbiamo generato un nuovo modello murino esprimente la mutazione P700H nel gene Plekhg5 (Pleckstrin Homology And RhoGEF Domain Containing G5), precedentemente associato a un caso di patologia dei motoneuroni inferiori con esordio precoce, simile alla SLA. Gli animali Plekhg5-P700H di 12 mesi non presentano né difetti motori né alterazioni importanti a livello del midollo spinale. Al contrario, difetti significativi sono stati osservati a livello dei nervi motori periferici, incluse alterazioni della guaina mielinica, anomalie delle cellule di Schwann e attivazione macrofagica. Queste scoperte definiscono Plekhg5-P700H come un modello prodromico di SLA a supporto del paradigma di patogenesi retrograda. Globalmente, il nostro lavoro evidenzia la rilevanza dei processi non cellulo autonomi nella SLA, sia a livello preclinico che traslazionale.

The pathogenic mechanisms responsible for selective loss of motor neurons in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) are largely unknown, but it has been shown that both cell autonomous and non-cell autonomous factors are involved. Non-cell autonomous engagement was reported even prior to motor neuron death, thus becoming relevant for diagnostic and therapeutic purposes, as well as for shedding light on the whole sequence of events. Here we show non-cell autonomous contributions in two ALS mouse models. Well-known SOD1-G93A mice were exploited to investigate vascular contribution to ALS pathogenesis. We employed Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) technology to profile actively translated mRNA molecules (collectively termed as translatome) from spinal vascular endothelial cadherin (Cdh5)- expressing cells. It emerged a strong activation signature for perivascular fibroblasts (PVFs) starting from onset. Among PVF early altered genes, we focused on the chemokine eotaxin-1/CCL11, an immune cell chemoattractant that might initiate neuroinflammation contributing to motor neuron pathology. On the other hand, we generated a novel murine model carrying P700H mutation in Pleckstrin Homology And RhoGEF Domain Containing G5 (Plekhg5) gene, previously associated to an early onset case of lower motor neuron disease resembling ALS. Plekhg5-P700H mice at one year of age showed neither motor impairment nor major alterations in the spinal cord. In contrast, significant defects were observed along peripheral motor nerves, including aberrant myelin folding, Schwann cell abnormalities and macrophage activation. These findings identify Plekhg5-P700H as a mouse model of prodromic ALS and support a dying-back paradigm of pathogenesis. Collectively, our work highlights the relevance of non-cell autonomous processes in ALS at both preclinical and translational levels.