Fibrodysplasia Ossificans Progressiva is a rare genetic disorder characterized by painful episodes of heterotopic bone formation in skeletal muscle-associated soft tissue, caused by a point mutation in the sequence encoding for the ACVR1 protein. The effects of this mutation are several and highly severe: patients, indeed, experience mobility impairment, hearing loss, malnutrition problems, alopecia, heart failure, difficulty in breathing, ultimately leading to death before the age of 40. Until now, no definitive treatment or cure have been discovered and the only possible validated therapeutic approach is the administration of pain-killers along with measures taken in order to avoid factors triggering the ossification process, such as injury or inflammation. In this thesis, three different research papers have been studied and reported to demonstrate and underline the key role of a specific cell population, the Fibro-adipogenic progenitors (FAPs), in the disease and their possible therapeutic applications. Skeletal muscle’s cellular composition is extremely heterogeneous, thus the first step in FOP research was to individuate the cell types involved: in the first paper, FAPs were discovered to be the main effectors of osteogenesis in FOP, more specifically progenitors carrying the mutated allele of the receptor (ACVR1R206H). Moreover, it was unraveled how the signaling leading to bone formation is strictly depending on Activin (a non-canonical ligand of ACVR1): introducing anti-Activin monoclonal antibodies the authors were able to inhibit ossification. In the second study proposed, scientists developed an antibody able to recognize the extracellular domain of the mutant ACVR1: JAB0505. However, treatment with JAB0505 lead to an exacerbation of HO (Heterotopic Ossification), indicating its use is not a viable option for patients’ treatment. In addition, the increased ossification’s volume resulted being caused by a higher amount of recruited FAPs, thus being caused by the progenitors. Lastly, transduction of FAPs with an AAV vector carrying both the human sequence of the wild-type ACVR1 allele and an artificial miRNA able to silence the expression of the aberrant receptor was successful in blocking and preventing HO, both injury induced and spontaneous. Collectively, these data show FAPs play a protagonist role in FOP and that information collected by these studies could lead to the development of efficacious treatments in the future.
La Fibrodisplasia Ossificante Progressiva (FOP) è una malattia genetica rara caratterizzata da dolorosi episodi di formazione ossea eterotopica nel tessuto connettivo associato al muscolo scheletrico, causati da una mutazione puntiforme nella sequenza codificante per il recettore ACVR1. Gli effetti di tale mutazione sono molteplici ed altamente impattanti: i pazienti presentano gravi difficoltà nel movimento (fino ad arrivare alla completa immobilità), perdita dell’udito, problemi di malnutrizione, alopecia, insufficienza cardiaca, difficoltà respiratorie. I sintomi portano alla morte prima del raggiungimento dei 40 anni di età. Attualmente, non esistono cure definitive alla malattia o trattamenti efficaci. L’unico approccio terapeutico possibile consiste nella somministrazione di anti-dolorifici per alleviare la sofferenza dei pazienti e nell’adozione di misure volte ad evitare l’insorgere dell’osteogenesi. Difatti i fattori scatenanti sono molteplici (e non del tutto noti) ed includono infiammazione, lesioni e ustioni. Tale tesi affronta lo studio di tre articoli scientifici con lo scopo di dimostrare che una popolazione cellulare specifica, i FAPs (Fibro-adipogenic progenitors), assume un ruolo chiave nella malattia e di sottolinearne l’importanza anche in funzione del possibile sviluppo di nuovi approcci terapeutici. La composizione cellulare del muscolo scheletrico risulta estremamente eterogenea, dunque inizialmente i ricercatori si sono concentrati sull’identificazione dei tipi di cellule coinvolti nella FOP: nel primo articolo i FAPs si sono rivelati essere i principali effettori dell’osteogenesi, più nello specifico i progenitori portanti l’allele mutato del recettore (ACVR1R206H). Inoltre, è stato scoperto come il pathway di segnalazione risultante nella formazione di tessuto osseo dipenda strettamente dalla presenza di Activina (un ligando non canonico di ACVR1): introducendo anticorpi monoclonali anti-ActA (Activina A) gli autori sono stati capaci di inibire il processo di ossificazione. Nel secondo studio proposto, gli scienziati hanno sviluppato un anticorpo in grado di riconoscere il dominio extracellulare del recettore mutante: JAB0505. Tuttavia, il trattamento con JAB0505 ha portato ad un sostanziale aumento dell’ossificazione eterotopica, suggerendo che il suo impiego terapeutico non è possibile. Altresì, il maggior volume osseo è stato osservato essere il risultato di un aumento del numero di FAPs reclutati sul sito della lesione. Infine, la trasduzione di FAPs con un vettore AAV contenente la sequenza umana dell’allele wild-type di ACVR1 e un miRNA disegnato appositamente per silenziare l’espressione del recettore aberrante è risultata efficace nel bloccare e prevenire gli episodi di formazione ossea, sia quella indotta che quella spontanea. Dunque, i dati riportati dimostrano che i FAPs ricoprono il ruolo di protagonisti nella Fibrodisplasia Ossificante Progressiva e che le informazioni ricavate hanno il potenziale per rendere possibile lo sviluppo di trattamenti o cure efficaci nel futuro.
I FAPs come protagonisti nella Fibrodisplasia Ossificante Progressiva
LEPORACE, CAMILLA
2022/2023
Abstract
La Fibrodisplasia Ossificante Progressiva (FOP) è una malattia genetica rara caratterizzata da dolorosi episodi di formazione ossea eterotopica nel tessuto connettivo associato al muscolo scheletrico, causati da una mutazione puntiforme nella sequenza codificante per il recettore ACVR1. Gli effetti di tale mutazione sono molteplici ed altamente impattanti: i pazienti presentano gravi difficoltà nel movimento (fino ad arrivare alla completa immobilità), perdita dell’udito, problemi di malnutrizione, alopecia, insufficienza cardiaca, difficoltà respiratorie. I sintomi portano alla morte prima del raggiungimento dei 40 anni di età. Attualmente, non esistono cure definitive alla malattia o trattamenti efficaci. L’unico approccio terapeutico possibile consiste nella somministrazione di anti-dolorifici per alleviare la sofferenza dei pazienti e nell’adozione di misure volte ad evitare l’insorgere dell’osteogenesi. Difatti i fattori scatenanti sono molteplici (e non del tutto noti) ed includono infiammazione, lesioni e ustioni. Tale tesi affronta lo studio di tre articoli scientifici con lo scopo di dimostrare che una popolazione cellulare specifica, i FAPs (Fibro-adipogenic progenitors), assume un ruolo chiave nella malattia e di sottolinearne l’importanza anche in funzione del possibile sviluppo di nuovi approcci terapeutici. La composizione cellulare del muscolo scheletrico risulta estremamente eterogenea, dunque inizialmente i ricercatori si sono concentrati sull’identificazione dei tipi di cellule coinvolti nella FOP: nel primo articolo i FAPs si sono rivelati essere i principali effettori dell’osteogenesi, più nello specifico i progenitori portanti l’allele mutato del recettore (ACVR1R206H). Inoltre, è stato scoperto come il pathway di segnalazione risultante nella formazione di tessuto osseo dipenda strettamente dalla presenza di Activina (un ligando non canonico di ACVR1): introducendo anticorpi monoclonali anti-ActA (Activina A) gli autori sono stati capaci di inibire il processo di ossificazione. Nel secondo studio proposto, gli scienziati hanno sviluppato un anticorpo in grado di riconoscere il dominio extracellulare del recettore mutante: JAB0505. Tuttavia, il trattamento con JAB0505 ha portato ad un sostanziale aumento dell’ossificazione eterotopica, suggerendo che il suo impiego terapeutico non è possibile. Altresì, il maggior volume osseo è stato osservato essere il risultato di un aumento del numero di FAPs reclutati sul sito della lesione. Infine, la trasduzione di FAPs con un vettore AAV contenente la sequenza umana dell’allele wild-type di ACVR1 e un miRNA disegnato appositamente per silenziare l’espressione del recettore aberrante è risultata efficace nel bloccare e prevenire gli episodi di formazione ossea, sia quella indotta che quella spontanea. Dunque, i dati riportati dimostrano che i FAPs ricoprono il ruolo di protagonisti nella Fibrodisplasia Ossificante Progressiva e che le informazioni ricavate hanno il potenziale per rendere possibile lo sviluppo di trattamenti o cure efficaci nel futuro.I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/157658