Analisi del signalling del recettore nicotinico dell'acetilcolina α7 nella malattia di Parkinson

Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by selective dopaminergic neuronal loss, mitochondrial dysfunction, α-synuclein (α-syn) accumulation, and chronic neuroinflammation. Increasing evidence supports a neuroprotective role for α7 nicotinic acetylcholine receptors (α7 nAChRs) in regulating mitochondrial integrity and inflammatory responses. In humans, however, α7 signalling is further complicated by the presence of CHRFAM7A, a partially duplicated and human-specific fusion gene encoding dupα7, which modulates α7 receptor function. Preliminary analysis of post-mortem PD datasets suggested increased CHRFAM7A expression in dopaminergic neurons from PD patients, supporting the disease relevance of investigating CHRFAM7A in human dopaminergic models. This study investigated the role of CHRFAM7A/dupα7 in human iPSC-derived dopaminergic neuronal models, including lines with distinct α7- or dupα7-enriched profiles and PD-relevant SNCA-mutant conditions. Differentiated neuronal cultures were used to assess dupα7/α7 expression, mitochondrial and lysosomal homeostasis, and α-syn accumulation. CHRFAM7A knockdown and dupα7/α7 overexpression were then performed to evaluate whether modulation of this receptor balance contributes to mitochondrial stress and PD-associated cellular phenotypes. Baseline characterization revealed marked heterogeneity among neuronal models and suggested an association between increased dupα7 expression and altered mitochondrial and lysosomal homeostasis. High dupα7 neurons displayed fragmented mitochondrial organization, reduced mitochondrial membrane potential, and altered lysosomal organization, whereas High α7 cultures exhibited preserved mitochondrial morphology and enhanced membrane polarization. Functional knockdown experiments highlighted the complexity of CHRFAM7A regulation. Although transient CHRFAM7A knockdown did not induce complete rescue of mitochondrial and lysosomal alterations, selective effects on mitochondrial stress-related parameters and α-syn accumulation were observed, suggesting that modulation of the Dupα7:α7 balance may influence specific pathogenic pathways. Overall, these findings support CHRFAM7A as a biologically relevant and human-specific modulator of α7 signalling associated with mitochondrial dysfunction and PD-related neuronal vulnerability. This work expands our current understanding of cholinergic mechanisms in PD and highlights the importance of incorporating CHRFAM7A biology when investigating α7-mediated neuroprotection and developing translational therapeutic strategies in human systems.

La malattia di Parkinson (PD) è un disturbo neurodegenerativo progressivo caratterizzato da perdita selettiva dei neuroni dopaminergici, disfunzione mitocondriale, accumulo di α-sinucleina (α-syn) e neuroinfiammazione cronica. Un numero crescente di evidenze indica un ruolo neuroprotettivo dei recettori nicotinici α7 dell’acetilcolina (α7 nAChRs) nella regolazione dell’integrità mitocondriale e delle risposte infiammatorie. Nell’uomo, tuttavia, la segnalazione α7 è ulteriormente complicata dalla presenza di CHRFAM7A, un gene di fusione parzialmente duplicato e specifico della specie umana che codifica per dupα7, modulatore della funzione del recettore α7. Analisi preliminari di dataset post-mortem relativi al Parkinson hanno suggerito un aumento dell’espressione di CHRFAM7A nei neuroni dopaminergici di pazienti affetti da PD, sottolineando la rilevanza dello studio di CHRFAM7A in modelli dopaminergici umani. Questo studio ha investigato il ruolo di CHRFAM7A/dupα7 in modelli neuronali dopaminergici umani derivati da iPSC, includendo linee caratterizzate da elevata espressione di α7 o dupα7 e condizioni rilevanti per il Parkinson associate a mutazioni di SNCA. Le colture neuronali differenziate sono state utilizzate per valutare l’espressione di dupα7/α7, l’omeostasi mitocondriale e lisosomiale e l’accumulo di α-syn. Successivamente, sono stati effettuati il knockdown di CHRFAM7A e la sovraespressione di dupα7/α7 per valutare se la modulazione dell’equilibrio tra questi recettori contribuisca allo stress mitocondriale e ai fenotipi cellulari associati alla PD. La caratterizzazione basale ha rivelato una marcata eterogeneità tra i modelli neuronali e ha suggerito un’associazione tra l’aumentata espressione di dupα7 e alterazioni dell’omeostasi mitocondriale e lisosomiale. I neuroni con elevata espressione di dupα7 presentavano un’organizzazione mitocondriale frammentata, una riduzione del potenziale di membrana mitocondriale e un’alterata organizzazione lisosomiale, mentre le colture con elevata espressione di α7 mostravano una morfologia mitocondriale preservata e una maggiore polarizzazione della membrana. Le analisi funzionali basate sul knockdown hanno evidenziato la complessità della regolazione di CHRFAM7A. Sebbene il knockdown transitorio di CHRFAM7A non abbia determinato un recupero completo delle alterazioni mitocondriali e lisosomiali, sono stati osservati effetti selettivi su parametri correlati allo stress mitocondriale e sull’accumulo di α-syn, suggerendo che la modulazione dell’equilibrio Dupα7:α7 possa influenzare specifiche vie patogenetiche. Nel complesso, questi risultati supportano CHRFAM7A come modulatore biologicamente rilevante e specifico dell’uomo della segnalazione α7, associato a disfunzione mitocondriale e vulnerabilità neuronale correlata alla PD. Questo lavoro amplia l’attuale comprensione dei meccanismi colinergici nella malattia di Parkinson e sottolinea l’importanza di integrare la biologia di CHRFAM7A nello studio della neuroprotezione mediata da α7 e nello sviluppo di strategie terapeutiche traslazionali in sistemi umani.