Effetto del trattamento con N-acetilcisteina sullo sviluppo scheletrico post-natale in un modello murino di displasia diastrofica

Diastrophic dysplasia (DTD) is an autosomal recessive chondrodysplasia characterized by defects in the development of cartilage and its main features in patients are short stature and several skeletal deformities. Up to the present there are not resolving therapies available, but just symptomatic treatments whose aim is to improve patients’ quality of life. This chondrodysplasia is caused by mutations in the SLC26A2 gene encoding for a cell membrane sulfate/chloride antiporter, which allows extracellular uptake of sulfate. Functional impairment of this transporter causes low intracellular sulfate levels leading to cartilage Proteoglycans (PGs) undersulfation. In chondrocytes cytosolic sulfate is mainly dependent on extracellular uptake, but a small fraction comes from the catabolism of sulfur-containing amino acids like cysteine. In a previous work using a mouse model of Diastrophic dysplasia (DTD mouse) N-Acetylcysteine (NAC), a derivate of cysteine, was considered as alternative intracellular source of sulfate. An increase of cartilage PGs sulfation and an amelioration of the skeletal phenotype were demonstrated in DTD newborns after NAC treatment of pregnant females. Therefore, the purpose of this master thesis was to evaluate the effect of NAC on the post-natal skeletal development in a DTD mouse model. Following a 7-day treatment after birth, we highlighted a significant improvement in the sulfation of PGs, but not in the skeletal morphology. Consequently, we extended the administration of NAC up to 21 days after birth in order to assess if a longer treatment could improve the skeletal phenotype as well. Biochemical and morphological analysis marked a significant increase in cartilage PGs sulfation and an amelioration of the skeletal phenotype. These results show that NAC could represent an alternative source of intracellular sulfate when the extracellular uptake is impaired as in Diastrophic dysplasia, suggesting a potential treatment for this disease.

La Displasia diastrofica (DTD) è una patologia autosomica recessiva caratterizzata da difetti nell’accrescimento della cartilagine, che si manifesta nei pazienti con ridotta statura e diverse deformità scheletriche. Ad oggi non esistono terapie risolutive, ma esclusivamente terapie di tipo sintomatico volte a migliorare la qualità di vita dei pazienti. La patologia è causata da mutazioni nel gene SLC26A2 codificante per il trasportatore del solfato della displasia distrofica, un antiporto solfato/cloruro presente sulla membrana plasmatica delle cellule, che consente l’ingresso del solfato extracellulare. Una compromessa funzionalità del trasportatore SLC26A2 determina ridotti livelli intracellulari di solfato e causa una sottosolfatazione dei proteoglicani (PG) della matrice extracellulare della cartilagine. Nei condrociti il livello citosolico di solfato dipende principalmente dal suo apporto extracellulare, ma una piccola frazione proviene anche dal catabolismo intracellulare degli amminoacidi solforati come la cisteina. In un precedente lavoro è stato dimostrato come il trattamento in utero con N-Acetilcisteina (NAC), un farmaco di uso comune, in un modello murino DTD causi un incremento della solfatazione dei PG e un miglioramento del fenotipo scheletrico alla nascita. In questo lavoro la NAC, essendo un derivato della cisteina, è stata utilizzata come fonte alternativa di solfato intracellulare. Dunque, lo scopo di questa tesi è stato quello di valutare l’effetto del farmaco sullo sviluppo scheletrico post-natale nel modello murino DTD. Dopo trattamento per 7 giorni dalla nascita, si è evidenziato un miglioramento significativo dal punto di vista della solfatazione dei PG della cartilagine, ma non della morfologia dello scheletro. Conseguentemente, si è estesa la somministrazione post-natale della NAC fino a 21 giorni, in modo da valutare se un trattamento prolungato fosse in grado di migliorare anche il fenotipo scheletrico. Le analisi morfologiche e biochimiche hanno evidenziato un aumento significativo della solfatazione dei PG e un miglioramento del fenotipo scheletrico. Questi risultati dimostrano come la NAC possa rappresentare una fonte alternativa di solfato intracellulare in condizioni in cui l’apporto del solfato è compromesso, come nella displasia diastrofica, proponendo così un possibile trattamento farmacologico per questa malattia.