Studio dei processi epigenetici ARX-dipendenti Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia miano@igb.cnr.it Background Disease Card Proposta-Miano Studio dei processi epigenetici ARX-dipendenti nel modello murino di Epilessia associato a mutazioni di ARX per l’identificazione di molecole a scopo terapeutico

Epilessia X-Linked associata a mutazioni del gene ARX Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia Background Disease Card La malattia - Convulsioni tipiche nell’infanzia e nella prima adolescenza - Insorgenza nel primo anno di vita o meno - Elettroencefalogramma con onde irregolari ad alto voltaggio: ipsaritmia - Spasmi mioclonici ripetuti (da 2 a 100 per volta) - Spasmi infantili generalmente fino all’età di 5 anni - Spesso sono sostituite da altre forme di convulsioni persistenti in età adulta - Ritardo mentale frequentemente associato a caratteristiche cliniche dell’ autismo Segni Clinici Epidemiologia 2 a 5 in 10,000 maschi nati vivi Cosa si sa/ Razionale Terapia insufficiente o inadatta per prevenire le convulsioni Sviluppo di Nuove Terapie per la cura dell’Epilessia associata al gene ARX Modelli Cellulari & Animali E’ URGENTE !!!!!!!!! Epilessia X-Linked associata a mutazioni del gene ARX Rara e severa Epilessia pediatrica resistente ai farmaci anti-epilettici

severità Mutazioni a carico del gene ARX provocano uno Malformazioni severe del cervello Epilessia Ritardo mentale Gene&Malattia Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia severità - + Cosa si sa/ Razionale Mutazioni a carico del gene ARX provocano uno spettro di patologie dello sviluppo neuronale di diversa gravità L’Epilessia associata al gene ARX è principalmente causata da mutazioni che provocano espansioni nei tratti di Polialanine della proteina

Regulation of target genes BD1 BD2 KDM5C ARX ON Differentiation&Maturation chromatin packaging H3K4me3 neuronal precursors Regulation of target genes Phenotypic severity Transactivation (% WT) WT ARX 100 80 60 40 normal variable severe very severe p.Ala148_Ala155dup p.Gly143_Ala153dup p.Ala109_Ala115dup p.Ala147_Ala155dup p.Ala105_Ala115dup Gene disease Card Risultati prodotti-1 Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia 1. Il gene X-linked KDM5C, mutato in forme di ritardo mentale, è un bersaglio trascrizionale della proteina ARX. Il prodotto proteico di KDM5C è un regolatore della cromatina con attività demetilasica dell’istone H3K4me3/me2. Cosa si sa/ Razionale 2. Mutazioni da espansioni in ARX alterano la trascrizione di KDM5C secondo una relazione lineare tra difetto molecolare-gravità della malattia. 3. Difetti ARX-KDM5C-dipendenti sono associati ad una alterazione dei livelli di metilazione dell’istone H3 in lisina K4. Ciò determina una alterazione dell’ espressione dei geni neuronali attraverso un globale difetto di rimodellamento della cromatina.

Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia 4. Correzione in vitro dei difetti KDM5C-H3K4me3 dipendenti mediante farmaci epigenetici 13 8 5 Cellule ES Neuroni maturi Formazione Rosette Neuroectoderma primitivo Terreno ES Terreno per il differenziamento neuronale Somministrazione di molecole che agiscono su enzimi della cromatina capaci di correggere i difetti associati al cattivo funzionamento della via molecolare KDM5C-H3K4me-dipendente. Gene disease Card Risultati prodotti-2 Cosa si sa/ Razionale Le cellule staminali ES provenienti dal topo ablato per il gene Arx sono state differenziate in neuroni GABAergici: modello di patologia in vitro Abbiamo identificato due promettenti farmaci epigenetici.

Le modificazioni epigenetiche sono reversibili: Gene disease Card Proposta Ipotesi Identificazione di nuovi bersagli terapeutici per il trattamento dell’Epilessia farmaco-resistente associata al gene ARX Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia Le modificazioni epigenetiche sono reversibili: Proponiamo di eseguire una correzione in vivo dei difetti KDM5C-H3K4me3 mediante la somministrazione di farmaci epigenetici adatti a compensare la drastica riduzione della proteina KDM5C, regolatore dello stato di condensazione della cromatina ARX Impachettamento della cromatina KDM5C H3K4me3 Regolazione dell’espressione di geni neuronali bersaglio Farmaci Epigenetici identificati In rosso= defetti epigenetici in analisi successivamente alla somministrazione di farmaci epigenetici

Somministrazione di farmaci epigenetici Proposta Obiettivi/ Punti specifici Somministrazione di farmaci epigenetici Già testati per essere capaci di correggere i difetti in vitro. Studio della risposta ai farmaci: Attività degli interneuroni e studio EEG nei topi Arx(GCG)7/Y alla nascita e ad un mese di vita. - madri gravide - topi Arx(GCG)7/Y alla nascita Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia Identificazione di nuovi bersagli terapeutici per il trattamento dell’Epilessia farmaco-resistente associata al gene ARX Il migliore modello di Epilessia associato al gene ARX è fornito dal topo Arx(GCG)7/Y che esprime una mutazione da Poliespansione in ARX frequentemente trovata in bambini con Epilessia farmaco-resistente -Convulsioni catastrofiche associate ad una severa interneuronopatia. -La colonia di animali per ottenere il topo Arx(GCG)7/Y è in corso di importazione dal RIKEN Institute. Lo studio sarà fatto in collaborazione con il Prof Gecz (Università di Adelaide, Australia) e Dott.ssa Maria Passafaro (CNR, Milano). -Modello murino della patologia umana associata ad una Poliespansione in ARX che provoca un grave difetto di attivazione di KDM5C; Caratteristiche

regolatore cromatinico KDM5C Gene disease Card Proposta Risultati attesi Arx(GCG)7/Y mouse Proponente: Maria G Miano, PhD IGB-CNR Napoli, Italia Nuovi farmaci epigenetici adatti a correggere o migliorare l’attività neuronale o mitigare le convulsioni nel modello murino di Epilessia umana associata al gene ARX A partire dai dati già prodotti - Selezione di farmaci che correggono il difetto di espressione e di funzione del regolatore cromatinico KDM5C Identificazione di nuovi bersagli terapeutici per il trattamento dell’Epilessia farmaco-resistente associata al gene ARX