Study of DUX4 as a novel biomarker in Amyotrophic Lateral Sclerosis

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia degenerativa di eziologia sconosciuta caratterizzata dalla compromissione dei motoneuroni superiori e inferiori. I fattori di rischio associati all'insorgenza e alla progressione della SLA rimangono sconosciuti. L'ipotesi più accreditata sull'eziopatogenesi della SLA prevede una concomitanza tra fattori genetici e ambientali che possono causare o contribuire allo sviluppo di forme familiari e sporadiche di SLA. Simile ad altre malattie neurodegenerative, la SLA è caratterizzata da un accumulo anomalo di proteine insolubili nel citoplasma dei motoneuroni in degenerazione. In particolare, nella SLA sporadica, si ritiene che l'aggregazione della proteina TDP-43 svolga un ruolo chiave nella degenerazione dei motoneuroni. In questo studio, abbiamo studiato un nuovo possibile biomarcatore per la SLA: double homeobox 4 (DUX4). Infatti, in uno studio di Homma del 2015, è stato dimostrato che la overespressione della proteina DUX4 nei mioblasti di pazienti con distrofia facioscapolomerale (FSHD) può contribuire all'aggregazione di TDP-43. Pertanto, nella prima parte del nostro studio, abbiamo valutato la possibile espressione di DUX4 e la sua correlazione con l'espressione di TDP-43 nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) di pazienti con SLA. Successivamente, valutato l’espressione di DUX4 anche in campioni di post mortem, fibroblasti e sui motoneuroni derivati da iPSCs. In conclusione, è stata eseguita una trasfezione di DUX4 in linee cellulari di neuroblastoma umano e abbiamo valutato l'espressione di TDP-43. Nell'ultima parte, abbiamo valutato gli effetti dei farmaci approvati dalla FDA per il trattamento della SLA, Edaravone e Riluzolo, sull'espressione di DUX4. Inizialmente, abbiamo analizzato le cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) ottenute da 46 pazienti con SLA e 26 controlli possibili alterazioni nell'espressione di DUX4. Abbiamo riscontrato un aumento significativo dell'mRNA di
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a degenerative neuromuscular disease of unknown etiology characterized by the impairment of both upper and lower motor neurons. The risk factors associated with ALS onset and progression remain unknown. The most accepted hypothesis on the etiopathogenesis of ALS foresees a concomitance between genetic and environmental factors that can cause or contribute to the development of familial and sporadic forms of ALS. Similar to other neurodegenerative diseases, ALS is characterized by an abnormal accumulation of insoluble proteins in the cytoplasm of degenerating motor neurons. In particular, in sporadic ALS, the aggregation of TDP-43 protein is thought to play a key role in the degeneration of motor neurons. In this study, we investigated a novel possible biomarker for ALS: double homeobox 4 (DUX4). In fact, in a study by Homma and colleagues in 2015, it was shown that the overexpression of the DUX4 protein in myoblasts from patients with facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) can contribute to the accumulation and aggregation of TDP-43. Therefore, in the first part of our study, we evaluated the possible expression of DUX4 and its correlation with TDP-43 expression in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients with ALS. Subsequently, we performed in neuroblastoma cell lines a DUX4 transfection and we evaluated the expression of TDP-43 before and after treatment. In the last part of this study, we assessed the possible effects of the two drugs approved by the FDA for the treatment of ALS, Edaravone and Riluzole, on DUX4 expression. We analyzed peripheral blood mononuclear cells (PBMC) obtained from 46 patients with ALS and 26 controls for possible alterations in DUX4 expression. We found a significant (about threefold) increase in DUX4 mRNA and protein levels in PBMCs from patients compared to controls. According to previous results from our group (Arosio et al., 2020), we subsequently confirmed an increase in