Il ruolo dei canali del sodio nell'epilessia: mutazioni del gene SCN1A e la sindrome di Dravet

Epilepsy is a pathology of the central nervous system characterized by abnormal brain activity. From the symptomatologic point of view, there is the presence of crises or periods of unusual behavior and sometimes loss of consciousness. The etiology of epilepsy is organized into 6 main categories, among which genetic etiology, refers to an insurgent pathological condition as a direct result of a genetic mutation. Causative mutations have been identified in a large number of genes, such as Dravet epileptic syndrome in which 90% of patients have a pathogenic mutation of the SCN1A gene. The SCN1A gene encodes the subunit NaV1.1, a subunit subtype α which, along with other subunits, composes voltage-gated sodium channels (NaV). NaVs are ionic channels in which the gating mechanism depends on the voltage variation; in particular they play a key role in the ascending phase of depolarization and in the propagation of the action potential (AP). In the epileptic conditions, however, at the point where the AP is triggered, there is an imbalance between the excitatory and inhibitory influences, particularly accentuated in favor of the former, leading to the production of a depolarizing event called paroxysmal depolarization shift (PDS) of great amplitude and duration. The PDS is followed by high frequency AP discharges, which then together will cease and be followed by afterhyperpolarization (AHP). Mutations identified in the SCN1A gene are of different types: in most cases, including Dravet syndrome, mutations are loss of function, which means that the mutation leads to a non-functional sodium channel. Anticonvulsant therapies to treat Dravet syndrome have been used but it remains necessary to aim directly at the cause of the disease. One attempt is the TANGO (Targeted Augmentation of Nuclear Gene Output) therapy, which aims to increase the production of nuclear genes using antisense oligonucleotides (ASO), that are short segments of RNA that bind sequences of target RNA, able to overregulate the expression of different genes, including SCN1A. The goal of the TANGO approach is therefore to specifically reduce the non-productive mRNA and increase the productive mRNA and the target gene protein. The study was conducted on mouse models with Dravet syndrome, trying to demonstrate the effectiveness of the TANGO approach in restoring SCN1A levels. The study shows that by treating mouses with a specific ASO, there is an increase in the mRNA of SCN1A and the protein NaV1.1 and the reduction of sudden unexpected death in epilepsy, with a positive effect also on the survival of mouses not affected by Dravet.

L’epilessia è una patologia del sistema nervoso centrale caratterizzata da un’attività cerebrale anormale. Dal punto di vista sintomatologico, vi è la presenza di crisi o periodi di comportamento insolito e a volte perdita di coscienza. L’eziologia dell’epilessia si organizza in 6 categorie principali, tra le quali l’eziologia genetica, si riferisce a una condizione patologica insorta come risultato diretto di una mutazione genetica. Sono state identificate mutazioni causative in un ampio numero di geni, come nel caso della sindrome epilettica di Dravet in cui il 90% dei pazienti ha una mutazione patogena del gene SCN1A. Il gene SCN1A codifica per la subunità NaV1.1, un sottotipo di subunità α che, insieme ad altre subunità, compone i canali del sodio voltaggio-dipendenti (NaV). I NaV sono canali ionici in cui il meccanismo di attivazione dipende dalla variazione del voltaggio; in particolare essi svolgono un ruolo chiave nella fase ascendente di depolarizzazione e nella propagazione del potenziale d’azione (PdA). Nelle condizioni epilettiche, però, nel punto in cui viene innescato il PdA, vi è un disequilibrio tra influenze eccitatorie ed inibitorie, particolarmente accentuato a favore delle prime, portando così alla produzione di un evento depolarizzante denominato shift parossistico depolarizzante (PDS) di grande ampiezza e durata. Il PDS è seguito da scariche di PdA ad alta frequenza, le quali poi assieme cesseranno e saranno seguite da un’iperpolarizzazione postuma (AHP). Le mutazioni identificate nel gene SCN1A sono di diverso tipo: nella maggior parte dei casi, inclusa la sindrome di Dravet, le mutazioni sono perdita di funzione, il che significa che la mutazione porta a un canale del sodio non funzionale. Terapie anticonvulsivanti per trattare la sindrome di Dravet sono state utilizzate, ma rimane la necessità di mirare direttamente alla causa della malattia. Un tentativo è rappresentato dalla terapia TANGO (Targeted Augmentation of Nuclear Gene Output), la quale mira ad aumentare la produzione di geni nucleari utilizzando oligonucleotidi antisenso (ASO), ovvero dei brevi segmenti di RNA che legano sequenze di RNA bersaglio, capaci di sovraregolare l’espressione di diversi geni, tra cui SCN1A. L’obiettivo dell’approccio TANGO è quindi quello di ridurre specificamente l’mRNA non produttivo e aumentare l’mRNA produttivo e la proteina del gene bersaglio. Lo studio è stato svolto su modelli murini affetti da sindrome di Dravet, cercando di dimostrare l’efficacia dell’approccio TANGO nel ripristinare i livelli di SCN1A. Dallo studio risulta che, trattando i topi con un ASO specifico, vi è l’aumento dell’mRNA di SCN1A e della proteina NaV1.1 e la riduzione di morte improvvisa inaspettata in epilessia, con un effetto positivo anche sulla sopravvivenza dei topi non affetti da Dravet.