Age- and Sex-Dependent Variability in Perineuronal Net Expression in a Mouse Model of Fragile X Syndrome

Fragile X Syndrome (FXS) is an X-linked neurodevelopmental disorder caused by mutations in the Fragile X Mental Retardation 1 (FMR1) gene: pathological expansions of CGG repeats in the 5’ UTR region lead to FMR1 promoter hypermethylation, resulting in the loss of FMRP, a key regulator of neuronal mRNA transcription and translation. FXS, a rare genetic disease with no specific cure, is the most common monogenetic cause of intellectual disability (ID) and autism spectrum disorder (ASD). A distinctive feature of FXS is the alteration of perineuronal nets (PNNs), specialized extracellular matrix (ECM) structures mainly associated with parvalbumin-positive GABAergic interneurons (PVIs). PNNs regulate critical periods of developmental plasticity and maintain the excitation-inhibition balance. In FXS, the dysregulated matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), normally negatively controlled by FMRP under physiological conditions, contributes to PNN degradation, leading to pathological consequences. This study investigates PNN expression in Fmr1KO and C57WT mice of both sexes at P20. A high-throughput automated image analysis was used to assess PNN distribution across the brain, revealing significant genotype- and, for the first time, sex-dependent differences in mutated mice compared to controls. These findings suggest that PNNs may represent a promising therapeutic target for FXS, paving the way for novel interventional strategies.

La Sindrome dell’X Fragile (FXS) è un disturbo dello sviluppo neurologico, legato al cromosoma X, causato da mutazioni nel gene Fragile X Mental Retardation 1 (FMR1): espansioni patologiche delle ripetizioni CGG nella regione 5’ UTR portano all’ipermetilazione del promotore di FMR1, determinando perdita di FMRP, regolatore chiave della trascrizione e traduzione dell’mRNA neuronale. La FXS è la causa monogenica più comune di disabilità intellettiva (ID) e disturbo dello spettro autistico (ASD). Una caratteristica distintiva della FXS è l’alterazione delle reti perineuronali (PNNs), strutture della matrice extracellulare (ECM) associate principalmente agli interneuroni GABAergici positivi per la parvalbumina (PVIs) e fondamentali per la plasticità dello sviluppo e l’equilibrio eccitazione-inibizione. La metalloproteinasi-9 della matrice (MMP-9), normalmente controllata negativamente da FMRP, contribuisce alla degradazione delle PNNs, portando a conseguenze patologiche. Questo studio analizza l’espressione delle PNNs in topi Fmr1KO e C57WT di entrambi i sessi a P20. Un’analisi automatizzata delle immagini è stata utilizzata per valutare la distribuzione delle PNNs nel cervello e rivelare differenze significative dipendenti dal genotipo e, per la prima volta, dal sesso nei topi mutati rispetto ai controlli. Questi risultati suggeriscono che le PNNs potrebbero rappresentare un promettente target terapeutico per la FXS, aprendo la strada a nuove strategie interventistiche.