Meccanismi molecolari alla base dei disturbi parossistici associati alle mutazioni di TMEM151A

Abstract

La Transmembrane Protein 151A (TMEM151A) è una proteina di membrana poco caratterizzata, recentemente implicata nella Paroxysmal Kinesigenic Dyskinesia (PKD), un raro disturbo del movimento autosomico dominante, associato anche a mutazioni di PRRT2.

Lo studio aveva l’obiettivo di caratterizzare funzionalmente TMEM151A e di chiarire come le varianti patogeniche contribuiscono alla patogenesi della malattia. Analisi biochimiche e di imaging hanno mostrato che diverse varianti di TMEM151A riducono l’espressione proteica o ne alterano la localizzazione subcellulare, suggerendo un meccanismo di perdita di funzione.

Esperimenti in neuroni ippocampali primari di topo hanno evidenziato che TMEM151A favorisce l’allungamento dei neuriti e l’arborizzazione dendritica, mentre le varianti patogeniche riducono la crescita e la complessità neuronale, indicando un ruolo nello sviluppo neuronale.

Registrazioni elettrofisiologiche in cellule HEK293 co-trasfettate con TMEM151A e canali sodio voltaggio-dipendenti hanno mostrato una modulazione selettiva di Nav1.1, senza effetti su Nav1.2 o Nav1.6, suggerendo che TMEM151A contribuisca alla regolazione dell’eccitabilità dei neuroni inibitori e alla fisiopatologia della PKD.

Infine, è stato identificato un possibile sito di fosforilazione (Ser423) nella regione C-terminale, e sono stati generati mutanti fosfomimetici e non fosforilabili per studiarne il ruolo nella regolazione post-traduzionale.

Complessivamente, i risultati indicano che le varianti di TMEM151A alterano stabilità proteica, localizzazione subcellulare e sviluppo neuronale, coerentemente con un meccanismo di perdita di funzione, e rivelano un’interazione selettiva con i canali Nav1.1 che può contribuire alla disfunzione neuronale osservata nella PKD.

Transmembrane Protein 151A (TMEM151A) is a poorly characterized membrane protein recently implicated in Paroxysmal Kinesigenic Dyskinesia (PKD), a rare autosomal dominant movement disorder also associated with PRRT2 mutations.

This study aimed to functionally characterize TMEM151A and to elucidate how pathogenic variants contribute to disease mechanisms. Biochemical and imaging analyses revealed that several TMEM151A variants impair protein expression or alter subcellular localization, suggesting a loss-of-function mechanism.

Functional assays in mouse primary hippocampal neurons showed that TMEM151A promotes neurite elongation and dendritic arborization, whereas pathogenic variants reduce neuronal growth and complexity, indicating a role in neuronal development.

Electrophysiological recordings in HEK293 cells co-expressing TMEM151A and voltage-gated sodium channels demonstrated selective modulation of Nav1.1, with no effect on Nav1.2 or Nav1.6. This specificity suggests that TMEM151A contributes to the regulation of neuronal excitability, particularly in inhibitory neurons, and may underlie PKD pathophysiology.

Finally, a putative phosphorylation site (Ser423) was identified in the C-terminal region, and phosphomimetic and non-phosphorylatable mutants were generated to assess potential post-translational regulation.

Overall, these findings indicate that TMEM151A variants disrupt protein stability, localization, and neuronal maturation, consistent with a loss-of-function mechanism, and reveal a specific interaction with Nav1.1 channels that may contribute to altered excitability in PKD.