Friedreich's ataxia (FRDA) is an autosomal recessive, degenerative disease that involves the central and peripheral nervous systems and the heart. A gene, X25 , was identified in the critical region for the FRDA locus on chromosome 9q13. The gene encodes a 210-amino acid protein, frataxin, that has homologs in distant species such as Caenorhabditis elegans and yeast. A few FRDA patients were found to have point mutations in X25 , but the majority were homozygous for an unstable GAA trinucleotide expansion in the first X25 intron.

Friedreich's ataxia, the most common inherited ataxia, is associated with a mutation that consists of an unstable expansion of GAA repeats in the first intron of the frataxin gene on chromosome 9, which encodes a protein of unknown function.

Friedreich ataxia is a progressive neurodegenerative disorder caused by loss of function mutations in the frataxin gene. In order to unravel frataxin function we developed monoclonal antibodies raised against different regions of the protein. These antibodies detect a processed 18 kDa protein in various human and mouse tissues and cell lines that is severely reduced in Friedreich ataxia patients. By immunocytofluorescence and immunocytoelectron microscopy we show that frataxin is located in mitochondria, associated with the mitochondrial membranes and crests. Analysis of cellular localization of various truncated forms of frataxin expressed in cultured cells and evidence of removal of an N-terminal epitope during protein maturation demonstrated that the mitochondrial targetting sequence is encoded by the first 20 amino acids. Given the shared clinical features between Friedreich ataxia, vitamin E deficiency and some mitochondriopathies, our data suggest that a reduction in frataxin results in oxidative damage.

We have targeted a K-ras allele in mouse embryonic stem (ES) cells to express a K-RasV12 oncoprotein along with a marker protein (β-geo) from a single bicistronic transcript. Expression of this oncogenic allele requires removal of a knocked in STOP transcriptional cassette by Cre recombinase. Primary mouse embryonic fibroblasts expressing this K-rasV12 allele do not undergo proliferative senescence and proliferate as immortal cells. In mice, expression of K-rasV12 throughout the body fails to induce unscheduled proliferation or other growth abnormalities for up to eight months. Only a percentage of K-rasV12-expressing lung bronchiolo-alveolar cells undergo malignant transformation leading to the formation of multiple adenomas and adenocarcinomas. These results indicate that neoplastic growth induced by an endogenous K-ras oncogene depends upon cellular context.

ABSTRACT Williams-Beuren syndrome (WBS) is a rare developmental disorder caused by the deletion of a 1.5 Mb region in chromosome 7 (7q11.23). WBS has been recently modelled by a mutant mouse line having a complete deletion (CD) of the equivalent locus on mouse chromosome 5, thus resembling the genetic defect found in WBS patients. CD mice have been shown to have physical and neurobehavioral abnormalities that recapitulate most of the symptoms associated with human WBS, including cardiovascular, motor, social, emotional and sensory alterations. This model has been largely used to investigate the etiopathological mechanisms of WBS; nonetheless, pharmacological therapies for this syndrome have not been identified yet. Here we propose a novel treatment for WBS, chlorzoxazone (CHLOR), i.e., a molecule targeting calcium-activated large conductance potassium (BKCa) channels, since a reduction in the expression of these channels has been recently described in neurons from WBS patients, as well as in other rare developmental pathologies. Our results demonstrate both the acute and chronic effects of CHLOR on some major pathological phenotypes of CD mice, including several behavioural alterations and cardiac hypertrophy. We conclude that BKCa channels are a therapeutic target of high potential for clinical applications and are likely to play a key role in the etiopathology of WBS.

Abstract Williams-Beuren syndrome (WBS) is a rare genetic multisystemic disorder characterized by mild to moderate intellectual disability and hypersocial phenotype, while the most life-threatening features are cardiovascular abnormalities. Nowadays, there are no available treatments to ameliorate the main traits of WBS. The endocannabinoid system (ECS), given its relevance for both cognitive and cardiovascular function, could be a potential druggable target in this syndrome. We analyzed the components of the ECS in the complete deletion (CD) mouse model of WBS and assessed the impact of its pharmacological modulation in key phenotypes relevant for WBS. CD mice showed the characteristic hypersociable phenotype with no preference for social novelty and poor object-recognition performance. Brain cannabinoid type-1 receptor (CB1R) in CD male mice showed alterations in density and coupling with no detectable change in main endocannabinoids. Endocannabinoid signaling modulation with sub-chronic (10 d) JZL184, a selective inhibitor of monoacylglycerol lipase (MAGL), specifically normalized the social and cognitive phenotype of CD mice. Notably, JZL184 treatment improved cardiac function and restored gene expression patterns in cardiac tissue. These results reveal the modulation of the ECS as a promising novel therapeutic approach to improve key phenotypic alterations in WBS.

ABSTRACT Background Increasing evidence indicates that redox stress participates in MFS aortopathy, though its mechanistic contribution is little known. We reported elevated reactive oxygen species (ROS) formation and NADPH oxidase NOX4 upregulation in MFS patients and mouse aortae. Here we address the contribution of xanthine oxidoreductase (XOR), which catabolizes purines into uric acid and ROS in MFS aortopathy. Methods and Results In aortic samples from MFS patients, XOR protein expression, revealed by immunohistochemistry, increased in both the tunicae intima and media of the dilated zone. In MFS mice ( Fbn1 C1041G/+ ), aortic XOR mRNA transcripts and enzymatic activity of the oxidase form (XO) were augmented in the aorta of 3-month-old mice but not in older animals. The administration of the XOR inhibitor allopurinol (ALO) halted the progression of aortic root aneurysm in MFS mice. ALO administrated before the onset of the aneurysm prevented its subsequent development. ALO also inhibited MFS-associated endothelial dysfunction as well as elastic fiber fragmentation, fibrotic collagen remodeling, nuclear translocation of pNRF2 and increased 3’-nitrotyrosine levels all occurring in the tunica media. ALO reduced the MFS-associated large aortic production of H 2 O 2 , and NOX4 and MMP2 transcriptional overexpression. Conclusions Allopurinol interferes in aortic aneurysm progression acting as a potent antioxidant. This study strengthens the concept that redox stress is an important determinant of aortic aneurysm formation and progression in MFS and warrants the evaluation of ALO therapy in MFS patients. HIGHLIGHTS Xanthine oxidoreductase (XOR) is upregulated in the aortic aneurysm of Marfan syndrome (MFS) both in patients and young mice. Allopurinol halts the formation and progression of aortic aneurysm in MFS mice Allopurinol reduces a variety of oxidative stress-associated molecular reactions. Allopurinol prevents MFS endothelial-dependent vasodilator dysfunction. The antioxidant action of allopurinol suggests its repositioning for pharmacological use in MFS aortopathy. GRAPHICAL ABSTRACT

Abstract Williams-Beuren syndrome (WBS) is a rare neurodevelopmental disorder with hallmarks in the cardiovascular manifestations and no well-defined therapeutic strategies. We investigated the progression of cardiovascular phenotype present in CD (complete deletion) mice, a murine model of WBS, after chronic treatment with curcumin and verapamil, both compounds with positive effects on related pathologies. Treatment was administered orally dissolved in drinking water. After measuring “in vivo” systolic blood pressure, aortic and left ventricular myocardium were histological and molecular analysed to determine the effects of treatment and its underlying mechanism in CD mice. We observed upregulated xanthine oxidoreductase (XOR) expression in both aortic and left ventricular myocardium of CD mice. This overexpression is concomitant with increased levels of nitrated proteins as example of byproduct-mediated oxidative stress damage, indicating of XOR-generated oxidative stress impact on the pathophysiology of cardiovascular manifestations in WBS, and suggesting that the inhibition of XOR and/or oxidative stress damage could help to ameliorate the severe cardiovascular injuries presented in WBS.