Abstract The vasodilator neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP) plays both detrimental and protective roles in different pathologies. CGRP is also an essential component of the neuro-immune dialogue between nociceptors and mucosal immune cells. We previously reported that CGRP strongly inhibits human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection, by suprresing Langerhans cells (LCs)-mediated HIV-1 transfer to T-cells during trans-infection. To understand the requirements for CGRP receptor (CGRP-R) activation during inhibition of HIV-1 transmission, we here investigated the anti-HIV-1 activities of full-length native CGRP and its recently developed stable analogue SAX, as well as several CGRP peptide fragments containing its binding C-terminal and activating N-terminal regions. We show that SAX significantly inhibits LCs-mediated HIV-1 trans-infection but with lower potency than CGRP, while all CGRP peptide fragments tested have no effect. In addition, CGRP readily enters the epithelial compartment of mucosal tissues and does not modify the distribution and density of mucosal immune cells. In-vivo , a single CGRP treatment in humanized mice, before vaginal challenge with high-dose HIV-1, restricts the increase in plasma viral load and maintains higher CD4+ T-cell counts. Together, our results call for the optimization and design of CGRP analogues and agonists, which could be harnessed for prevention of mucosal HIV-1 transmission.

Abstract Aims/hypothesis Wolfram Syndrome 1 (WS1) is an inherited condition mainly manifesting in childhood-onset diabetes mellitus and progressive optic nerve atrophy. The causative gene, WFS1, encodes for Wolframin, a master regulator of several cellular responses, whose mutations associate with clinical variability. Indeed, nonsense/frameshift variants correlate with more severe symptoms than missense/in-frame ones. As achieving a genotype-phenotype correlation is crucial to deal with disease outcome, works investigating the impact of transcriptional and translational landscapes stemming from such mutations are needed. Therefore, we sought to elucidate the molecular determinants behind the pathophysiological alterations in a WS1 patient carrying compound heterozygous mutations in WFS1 gene: c.316-1G>A, affecting the acceptor splice site (ASS) upstream exon 4, and c.757A>T, introducing a premature termination codon (PTC) in exon 7. Methods Bioinformatic analysis was carried out to infer the alternative splicing events occurring after disruption of ASS, followed by RNAseq and PCR to validate the transcriptional landscape. Patient-derived induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) were used as an in vitro model of WS1 and to investigate the WFS1 alternative splicing isoforms into pancreatic β cells. CRISPR/Cas9 technology was employed to correct ASS mutation and generate a syngeneic control for the ER-stress induction and immunotoxicity assays. Results We showed that patient-derived iPSCs retained the ability to differentiate into pancreatic β cells. We demonstrated that the allele carrying the ASS mutation c.316-1G>A originates two PTC-containing alternative splicing transcripts (c.316del and c.316-460del), and two ORF-conserving mRNAs (c.271-513del and c.316-456del) leading to N-terminally truncated polypeptides. By retaining the C-terminal domain, these isoforms sustained the endoplasmic reticulum (ER)-stress response in β cells. Otherwise, PTC-carrying transcripts were regulated by the nonsense mediated decay (NMD) in basal conditions. Exposure to cell stress inducers and pro-inflammatory cytokines affected the NMD-related gene SMG7 expression levels (>2 fold decrease; p<0.001) without eliciting a robust unfolded protein response in WFS1 β cells, thus resulting in a dramatic accumulation of the PTC-containing isoforms c.316del (>100-fold increase over basal; p<0.001) and c.316-460del (>20-fold increase over basal; p<0.001) and predisposing affected β cells to undergo apoptosis. Cas9-mediated recovery of ASS retrieved the canonical transcriptional landscape, rescuing the normal phenotype in patient-derived β cells. Conclusions/interpretation This study represents a new model to study Wolframin, highlighting how each single mutation of WFS1 gene can determine dramatically different functional outcomes. Our data point to increased vulnerability of WFS1 β cells to stress and inflammation, and we postulate that this is triggered by escaping NMD and accumulation of mutated transcripts and truncated proteins. These findings pave the way for further studies on the molecular basis of genotype-phenotype relationship in WS1, to uncover the key determinants that might be targeted to ameliorate the clinical outcome of patients affected by this rare disease.

Abstract Aims/hypothesis Wolfram Syndrome 1 (WS1) is a rare genetic disorder characterized by very heterogeneous clinical manifestations caused by variants of the WFS1 gene, which encodes for the Endoplasmic Reticulum (ER) protein Wolframin, involved in cellular stress response, Ca 2+ handling and autophagy. Given the central role of Wolframin, elucidating the impact of WFS1 variants on cell functions is crucial to provide an association with clinical phenotypes. Therefore, as the understanding of patient-specific defects may also help to develop targeted therapeutic approaches, here we aimed at elucidating the impact on β cell function of the c.316-1G>A mutation harboring the partially functional Wolframin that we have previously characterized, and the molecular changes following treatment with the glucagon-like peptide 1 receptor (GLP-1R) agonist liraglutide. Methods We previously generated patient-derived iPSCs (WFS1) and isogenic line in which the c.316-1G>A mutation was genetically corrected (WFS1 wt/757A>T ), thus performed molecular analysis, including single cell RNAseq (scRNAseq), and functional studies on iPSC-derived β cell (iBeta). Calcium flux imaging and dynamic perifusion assays were used to test glucose responsiveness of iBeta. Treatment with liraglutide was performed to investigate effects on glucose-stimulated insulin secretion (GSIS), unfolded protein response (UPR), autophagy and apoptosis. Results We found that both WFS1 and WFS1 wt/757A>T iBeta efficiently differentiated in vitro into pancreatic lineage, but WFS1 showed less mature endocrine phenotype, reduced glucose responsiveness and impaired insulin secretion compared to WFS1 wt/757A>T counterpart. The Ca 2+ dynamics were altered in WFS1 iBeta as Ca 2+ oscillations after glucose challenge were not synchronized mainly due to the CACNA1D and SNAP25 downmodulation. Reduced insulin secretion was correlated with a decrease in PC1/3 levels and overall increase of RGS4 expression in WFS1 iBeta, whereas secretory defects correlated with accelerated autophagic flux. While the functional residual Wolframin in WFS1 iBeta controlled short-term ER stress, prolonged insults or inflammation highlighted ineffective UPR that make the cells unable to escape apoptosis. Interestingly, treatment with liraglutide restored the Ca 2+ fluxes and secretory impairments, increasing glucose responsiveness and insulin release of WFS1 iBeta, while protecting these cells from cellular stress and inflammation-induced apoptosis. Conclusion/interpretation Our data highlighted alterations of key cellular pathways involved in WS1 β cell maturation and GSIS and how the pharmacological targeting of the GLP-1/GLP-1R axis was able to restore the physiologic phenotype. This study points out the need to understand the patient-specific molecular determinants associated with WFS1 variants, to design effective therapies to treat the disease.