• Ablation of Cdkn1a
• FRG1
• FSHD
• Mouse
• Senescence

La distrofia muscolare Facio-scapolo-omerale (FSHD) è una malattia neuromuscolare ereditaria caratterizzata dalla debolezza progressiva e asimmetrica dei muscoli del viso, della spalla e della parte superiore del braccio. Ad oggi, il meccanismo patogenetico della malattia è ancora poco conosciuto e non sono attualmente disponibili strategie terapeutiche efficaci. Nell'uomo, la FSHD è stata associata a una riduzione nel numero di sequenze ripetute in tandem della lunghezza di 3,3 Kb (denominate D4Z4), situate nella regione subtelomerica del cromosoma 4, in posizione 4q35. Questo riarrangiamento induce la mancata repressione dei geni vicini. Tra questi, il gene FSHD Region Gene 1 (FRG1) è l'unico la cui sovra-espressione, ristretta solo al muscolo scheletrico e indotta in un modello murino (denominato FRG1Tg/0), è in grado di riprodurre una distrofia muscolare progressiva con caratteristiche molto simili alla malattia umana. Il nostro gruppo ha ampiamente caratterizzato da un punto di vista sia fenotipico che istologico questo modello. Inoltre, attraverso il profiling trascrizionale, abbiamo individuato una deregolazione globale dell'espressione genica nel muscolo scheletrico. In particolare, abbiamo osservato, anche nella vita adulta, un mantenimento anomalo delle isoforme embrionali di geni coinvolti nella funzione muscolare, suggerendo un difetto nella maturazione muscolare. Recentemente, abbiamo anche descritto un'espressione atipica di molecole coinvolte nella risposta allo stress cellulare mediata da p53, che abbiamo interpretato come un meccanismo fisiologico per compensare la mancata maturazione delle fibre muscolari. La concomitante e sostenuta attivazione di p53 e di alcuni dei suoi effettori a valle, in particolare Cdkn1a, Cdkn2a e Gadd45, potrebbe rappresentare uno dei meccanismi alla base della degenerazione muscolare osservata nei topi FRG1Tg/0. Questo fenomeno è accompagnato da un accumulo di cellule senescenti, dalla comparsa di un fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP) che attrae le cellule del sistema immunitario e che, in ultima istanza, porta alla degenerazione del tessuto muscolare. È interessante notare che l'induzione dell'espressione di Cdkn1a è stata osservata anche nelle biopsie muscolari di pazienti con FSHD, rispetto ai soggetti sani. Abbiamo quindi deciso di incrociare i topi FRG1Tg/0 sopra descritti con topi in cui l'espressione di Cdkn1a era stata geneticamente abrogata. Il nuovo modello generato (denominato FRG1Tg/; p21-/-) mantiene la sovra-espressione di FRG1 nel muscolo scheletrico senza la possibilità di avere l'espressione di Cdkn1a.
Prima di tutto, abbiamo caratterizzato il topo FRG1Tg/; p21-/- e dimostrato che l'assenza di Cdkn1a migliora il fenotipo distrofico causato dalla alta espressione di FRG1. Specificatamente, abbiamo riscontrato un leggero aumento del peso corporeo e una maggiore tolleranza all'esercizio fisico nei topi FRG1Tg/; p21-/- rispetto ai topi FRG1Tg/0. Con l'esame istologico abbiamo anche rilevato che i muscoli dei topi FRG1Tg/; p21-/- mostrano un recupero dell'organizzazione e dell'architettura tissutale.
L'insieme di questi dati suggerisce che il knockout genetico di Cdkn1a è in grado di prevenire la comparsa di un fenotipo distrofico conclamato normalmente osservato nei muscoli dei topi FRG1Tg/0.

Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is a hereditary neuromuscular disorder characterized by the progressive and asymmetric weakness of facial, shoulder and upper arm muscles. So far, the pathogenetic mechanism of the disease is still poorly understood and no effective therapeutic strategies are currently available. In humans, FSHD has been associated to a shortening in the number of tandemly repeated sequence of 3.3 Kb in length (referred to as D4Z4), located in the subtelomeric region of chromosome 4, at 4q35 position. This rearrangement induces a lack of repression of the neighboring genes. Among them, FSHD Region Gene 1 (FRG1) was the sole whose overexpression in skeletal muscle of transgenic mouse (named FRG1Tg/0) is able to reproduce a progressive muscular dystrophy with features of human disease. Our team had extensively phenotypically and histologically characterized this model. Moreover, by transcriptional profiling, we have discovered a global deregulation of gene expression in skeletal muscle. In particular, we observed an aberrant maintenance of embryonic isoforms of genes involved in muscular function, suggesting a defect in muscle maturation. Recently, we have also described an anomalous expression of molecules involved in p53-mediated response to cellular stress which we have interpreted as a physiological mechanism to compensate for the failure of muscle fibers to mature. The concomitant sustained activity both of p53 signaling and of some of its downstream effectors, namely Cdkn1a, Cdkn2a and Gadd45, might represent one of the mechanisms underlying the muscle degeneration observed in FRG1Tg0/ mice. This is accompanied by an accumulation of senescent cells, the appearance of a senescence-associated secretory phenotype (SASP) that attracts immune system cells ultimately resulting in degeneration of muscle tissue. Interestingly, an induction of Cdkn1a expression was also observed in muscle biopsies of FSHD patients, compared to normal subjects. Thus, we decided to cross the above described FRG1Tg/0 mice with knockout mice where the expression of Cdkn1a had been genetically abrogated. The newly generated model (named FRG1Tg/; p21-/-) retains over-expression of FRG1 in the skeletal muscle without the possibility to induce Cdkn1a expression. We firstly characterized the FRG1Tg/; p21-/- mouse and demonstrated that the absence of Cdkn1a ameliorate the dystrophic phenotype caused by FRG1 overexpression. Especially, we observed a slight increase in body weight and an enhanced tolerance to physical exercise in FRG1Tg/; p21-/- mice compared with FRG1Tg/0 mice. By histological examination we observed also that muscles belonging to FRG1Tg/; p21-/- mice show a recovery of tissue organization and architecture. Together, all these data suggest that genetic knockout of Cdkn1a is able to prevent the appearance of fully dystrophic phenotype normally observed in muscles of FRG1Tg/0 mice.