Remodulation of Rac1 GTPase pathway: towards a strategy to counteract cytoskeletal dysfunction in Intellectual Disability

Intellectual Disability (ID) is a neurodevelopmental disorder characterized by limited intellectual functioning and adaptive behavior. Alterations in neurites and spine morphology, as well as in neuronal migration properties, have been consistently associated with ID and other neurodevelopmental disorders and rely on the correct function of the cytoskeleton, whose regulation is under small GTPases (i.e., Rac1, RhoA, and Cdc42). The Rac1 pathway is hypoactive as the result of several gene mutations associated with ID, including RAC1 itself, its regulators (e.g., ARHGEF6 and TRIO), and effectors (e.g., PAK3), pointing out the urgency of a positive modulation of Rac1 activity. To achieve a GTPase-specific, modest, and controlled remodulation, the full characterization of the protein::protein interaction between Rac1 and its negative regulator ArhGAP15 allowed the creation of an interfering peptide able to halt the interaction. Western blot and phalloidin staining analysis on reliable cell models show respectively an increase in the activity of Rac1 downstream effectors and F-actin density upon treatment with the peptide. Moreover, to allow a translation to the human setting towards innovative pharmacological screens, we started the generation of human iPSCs isogenic clones harboring in-del inactivating mutations in ARHGEF6 and RAC1.

La disabilità intellettiva (ID) è un disturbo dello sviluppo neurologico caratterizzato da un funzionamento intellettivo limitato. Alterazioni nei neuriti e nella morfologia della colonna vertebrale, così come nelle proprietà di migrazione neuronale, sono state costantemente associate all'ID e ad altri disturbi dello sviluppo neurologico e si basano sulla corretta funzione del citoscheletro, la cui regolazione è sotto le small GTPasi (cioè Rac1, RhoA e Cdc42). Il pathway di Rac1 è ipo attivo come risultato di diverse mutazioni genetiche associate all'ID, tra cui lo stesso RAC1, i suoi regolatori (ad es. ARHGEF6 e TRIO) e gli effettori (ad es. PAK3), sottolineando l'urgenza di una modulazione positiva dell'attività di Rac1. Per ottenere una rimodulazione specifica per le GTPasi, modesta e controllata, la completa caratterizzazione dell'interazione proteina::proteina tra Rac1 e il suo regolatore negativo ArhGAP15 ha permesso la creazione di un peptide interferente in grado di arrestare l'interazione. Analisi Western blot e staining della falloidina su modelli cellulari affidabili mostrano rispettivamente un aumento dell'attività degli effettori a valle di Rac1 e della densità della F-actina dopo il trattamento con il peptide. Inoltre, per consentire una traslazione all'ambito umano, verso screening farmacologici innovativi, abbiamo cominciato la generazione di cloni isogenici di iPSC umane con mutazioni inattivanti in-del in ARHGEF6 e RAC1.