Caratterizzazione funzionale di mutanti di lievito recanti mutazioni associate a patologia nei geni codificanti la pantotenato-chinasi e il CoA sintasi e identificazione di soppressori chimici

Mutazioni nella pantotenato chinasi (PANK2) e nel coenzima A sintasi (CoASY), entrambi implicati nella biosintesi del CoA, portano, rispettivamente, alle patologie PKAN e CoPAN, forme di neurodegenerazioni con accumulo di ferro a livello cerebrale (NBIA). Il CoA è un cofattore fondamentale in numerosi pathways metabolici quali il ciclo di Krebs, il metabolismo degli acidi grassi, la biosintesi degli aminoacidi e l’acetilazione delle proteine istoniche e non. Sebbene l’accumulo di ferro sia una caratteristica sia della PKAN che di CoPAN, quale sia la relazione con il deficit di CoA non è ancora chiara e molte domande riguardanti le basi molecolari che sottendono a queste patologie non hanno ancora risposta, in particolare se sia o no l’accumulo di ferro la causa primaria delle patologie. I diversi modelli PKAN, ottenuti fino ad oggi, ricapitolano solo parzialmente il fenotipo riscontrato nei pazienti e non mostrano accumulo di ferro. Un interessante e inesplorato modello per queste malattie è il lievito; pertanto abbiamo deciso di costruire e caratterizzare il modello lievito sia di PKAN che di CoPAN, ovvero ceppi di lievito esprimenti varianti patologiche nelle corrispondenti proteine di lievito. Questi ceppi mutanti hanno mostrato una alterazione della funzionalità mitocondriale, un alterato metabolismo dei lipidi, accumulo di ferro e danno ossidativo. Questi risultati indicano che il lievito sia un buon modello per chiarire la patogenesi alla base di tali malattie. Infine, sfruttando il fenotipo del modello lievito PKAN, abbiamo effettuato lo screening di una libreria di molecole ( Selleck-FDA approved library) per identificare soppressori chimici ovvero potenziali molecole terapeutiche per il trattamento della PKAN. In particolare abbiamo identificato due molecole, la 5,7 dicloro-8-idrossichinolina (CQCL) e l’acido nalidixco (nalH) in grado di rispristinare il difetto di crescita ossidativa presentato dal mutante. Inoltre l’aggiunta di CQCL o nalH al terreno di crescita, portava alla soppressione di tutti i fenotipi associati al deficit di CoA. Dal momento che entrambe le molecole sono in grado di legare diversi metalli abbiamo ipotizzato che il meccanismo alla base della loro capacità di fare rescue risieda nella loro proprietà di chelare il ferro in eccesso riducendo cosi lo stress ossidativo. Sebbene molto recentemente sia stato dimostrato che la somministrazione di CoA ripristina i fenotipi patologici dei neuroni PKAN derivati, in futuro i composti identificati potranno essere testati in vitro sulle hiPS-derived neuronal cells e in vivo sia sul modello zebrafish che sul modello topo knok out .