El splicing alternativo aberrante del mRNA-SMN2 induce en la SMA humana y murina (SMNΔ7) una miopatía de actina primaria: efecto corrector del tratamiento con el ASO Nusinersen

Abstract

RESUMEN: La atrofia muscular espinal (SMA) es una enfermedad hereditaria, con patología neuromuscular, considerada la principal causa de mortalidad infantil de base genética. Está causada por la deleción o mutación del gen SMN1 que codifica el factor de supervivencia de las neuronas motoras (SMN). El déficit de SMN conduce a muerte de las motoneuronas espinales alfa y, consecuentemente, a la miopatía neurógénica. En humanos existe un segundo gen SMN2 con escasa eficiencia, sus transcritos experimentan un splicing alternativo aberrante con pérdida del exón 7 y producción de una proteína truncada no funcional (SMN∆7). La SMA no tiene tratamiento curativo pero la terapia génica con el oligonucleótido antisentido (ASO-Nusinersen) es prometedora en la clínica humana. No obstante, su eficiencia es limitada fuera del SNC, mejora la actividad motora pero solo parcialmente revierte las lesiones en las miofibras esqueléticas de la SMA. En este Tesis Doctoral se analiza la repercusión fisiopatológica que el déficit de SMN tiene a nivel muscular y la potencial eficiencia terapéutica del ASO-Nusinersen dirigida específicamente al músculo. Los resultados demuestran: i) que SMN es un componente esencial de la sarcómera humana y su déficit causa una miopatía primaria por acumulación de actina; ii) que el ratón SMN∆7 mimetiza la miopatía humana acompañada de disfunción en la secreción de mioquiinas, biogénesis mitocondrial y adquisición de miofibras tipo II; iii) que el tratamiento con el ASO-Nusinersen corrige el splicing aberrante del SMN2 mRNA en motoneuronas, mejorando la supervivencia y actividad motora en los ratones SMN∆7, pero solo revierte parcialmente la patología muscular; iv) que el sistema de liberación del ASO-Nusinersen, basado en nanopartículas biopoliméricas conjugadas con Nusinersen (Spinraza) y el Aptámero-AB01 específico del músculo, ofrece una potencial estrategia para la terapia correctora de la miopatía SMA.

ABSTRACT: Spinal muscular atrophy (SMA) is an inherited disease with neuromuscular pathology, considered the leading cause of genetically based infant mortality. It is caused by deletion of the SMN1 gene encoding the survival motor neuron (SMN) factor. SMN deficiency leads to death of alpha spinal motor neurons and, consequently, to neurogenic myopathy. In humans, there is a second SMN2 gene with poor efficiency as its transcripts undergo aberrant alternative splicing with loss of exon 7 and production of a non-functional truncated protein (SMN∆7). SMA has no curative treatment but gene therapy with the antisense oligonucleotide (ASO-Nusinersen) is promising in the human clinic. However, its efficiency is limited outside the CNS as it improves motor activity but does not completely reverse the lesions in the skeletal myofibers of SMA. In this Doctoral Thesis we analyze the pathophysiological repercussions of SMN deficit at the muscular level and the potential therapeutic efficiency of ASO-Nusinersen specifically directed to this organ. The results demonstrate that (i) SMN is an essential component of the human sarcomere and its deficit causes a primary actin-accumulation myopathy; (ii) the mouse SMN∆7 mimics human SMA myopathy accompanied by dysfunction in myokine secretion, mitochondrial biogenesis and acquisition of type II (white and fast) myofibers; iii) the treatment with ASO-Nusinersen corrects aberrant SMN2 mRNA splicing, in motor neurons, enhancing survival and motor activity in SMN∆7 mice, but only partially ameliorates muscle pathology; iv) the delivery system based on biopolymeric nanoparticles conjugated with the ASO Nusinersen (Spinraza) and muscle-specific Aptamer-AB01 provides a potential therapeutic strategy for the SMA myopathy.