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Il disturbo da deficit di CDKL5 (CDD) è una rara condizione neuroevolutiva provocata da mutazioni con perdita di funzione nel gene CDKL5, caratterizzata da disturbi del sonno, gravi disabilità motorie e cognitive ed epilessia a esordio precoce. Il sonno frammentato, i frequenti risvegli notturni e il ritardo nell'addormentamento rappresentano alcuni dei sintomi più gravosi sia per i pazienti che per chi li assiste. Tuttavia, non sono ancora state individuate opzioni terapeutiche efficaci in grado di migliorare alcuni di questi sintomi.
Prove emergenti dal nostro laboratorio suggeriscono che i topi con deficit di CDKL5 mostrano alterazioni nella ritmicità circadiana e nella regolazione del ciclo sonno-veglia, indicando una disregolazione dei sistemi neurali che governano l'eccitazione e il consolidamento del sonno. Il sistema dell'orexina è fortemente coinvolto nella stabilizzazione delle transizioni sonno-veglia e nell'integrazione dei segnali circadiani in un output di eccitazione coerente. Abbiamo quindi studiato se il trattamento cronico con Suvorexant, un antagonista duale del recettore dell'orexina (DORA), potesse apportare un miglioramento ai fenotipi clinicamente rilevanti di un modello murino knockout per CDKL5.

I topi CDKL5 selezionati erano maschi. Sia i topi KO che i topi WT della stessa cucciolata hanno ricevuto una somministrazione orale giornaliera di Suvorexant al dosaggio di 30 mg/kg o veicolo dal giorno postnatale (P) 30 al P115. Sono stati condotti numerosi test comportamentali per valutare l'attività locomotoria, il comportamento ansioso, la memoria di lavoro, la funzione motoria e altri comportamenti correlati. Sono state inoltre effettuate registrazioni termografiche per sette giorni e analizzate con un algoritmo di deep learning per caratterizzare la ritmicità circadiana e ultradiana dell'attività locomotoria e della temperatura corporea, nonché l'architettura della fase inattiva.

I topi CDKL5 KO hanno mostrato iperlocomozione, deficit della memoria di lavoro spaziale, ridotto controllo inibitorio, deficit nel comportamento di nidificazione e aumento dell'adesione degli arti posteriori in diverse fasi postnatali. L'analisi termografica ha rivelato una frammentazione selettiva dei ritmi locomotori ultradiani a risoluzioni di 8 e 12 ore, con conservazione della componente circadiana di 24 ore, insieme a un significativo spostamento di fase nel momento del picco di attività locomotoria. L'analisi del sonno ha dimostrato una riduzione del tempo totale di sonno e periodi di sonno medi più brevi, in particolare durante la fase di buio, negli animali KO non trattati.

Il trattamento con suvorexant non ha corretto l'iperattività locomotoria o i deficit motori. Tuttavia, ha prodotto un miglioramento parziale della memoria di lavoro spaziale nel labirinto a Y. Il suvorexant ha anche parzialmente normalizzato l'architettura del sonno durante la fase di buio, con i topi KO trattati che non differivano più significativamente dai controlli WT per quanto riguarda le fasi di inattività totali e medie. Inoltre, un effetto genotipo-dipendente del suvorexant sull'acrofase termica ha suggerito una possibile parziale normalizzazione della regolazione della fase circadiana negli animali KO.
Il suvorexant non ha prodotto cambiamenti significativi nelle alterazioni del comportamento di nidificazione presenti nei topi CDKL5-KO, ma è stata osservata una lieve attenuazione nel test P113.
In conclusione, i nostri risultati suggeriscono che i blocchi dei recettori dell'orexina esercitano un effetto benefico sul consolidamento del sonno e sulle prestazioni delle funzioni cognitive nei topi con deficit di CDKL5, lasciando perlopiù inalterati gli altri fenotipi. I nostri risultati supportano l'ipotesi che il sistema dell'orexina contribuisca a un sottoinsieme di alterazioni associate al disturbo disforico cronico (DCC) e forniscono una base razionale preclinica per future indagini sui DORA come strategia terapeutica per migliorare alcuni dei problemi del disturbo.

CDKL5 Deficiency Disorder (CDD) is a rare neurodevelopmental condition provoked by loss-of-function mutations in the CDKL5 gene, characterized by sleep disturbances, severe motor and cognitive disabilities and early-onset epilepsy. Fragmented sleep, frequent nocturnal awakenings, and delayed sleep onset represent some of the most burdensome symptoms for both patients and caregivers. However, any effective therapeutic options that might improve some of the symptoms has not been fully identified yet.
Emerging evidence from our laboratory suggests that CDKL5-deficient mice display alterations in circadian rhythmicity and sleep-wake regulation, pointing to a dysregulation of the neural systems governing arousal and sleep consolidation. The orexin system is strongly involved in stabilizing sleep-wake transitions and integrating circadian signals into coherent arousal output, we investigated whether chronic treatment with Suvorexant, a dual orexin receptor antagonist (DORA), could grant some improvement on the clinically relevant phenotypes of a CDKL5 knockout mouse model.
The CDKL5 mice selected were male. Both KO and WT littermates received a daily oral administration of Suvorexant with a dosage of 30 mg/kg or vehicle from postnatal day (P) 30 to P115. Many behavioral tests were conducted to assess locomotor activity, anxiety-like behavior, working memory, motor function, and other related behaviors. Thermographic recordings were also produced for seven days and analyzed with a deep learning algorithm to characterize circadian and ultradian rhythmicity of locomotor activity and body temperature, and inactive phase architecture .
CDKL5 KO mice displayed hyperlocomotion, impaired spatial working memory, reduced inhibitory control, deficits in nesting behavior, and increased hindlimb clasping across multiple postnatal stages. Thermographic analysis revealed selective fragmentation of ultradian locomotor rhythms at 8-hour and 12-hour resolutions, with preservation of the 24-hour circadian component, alongside a significant phase shift in the timing of peak locomotor activity. Sleep analysis demonstrated reduced total sleep time and shorter average sleep bouts specifically during the dark phase in untreated KO animals.
Suvorexant treatment did not rescue locomotor hyperactivity or motor deficits. However, it produced a partial improvement in spatial working memory in the Y-maze. Suvorexant also partially normalized sleep architecture during the dark phase, with treated KO mice no longer differing significantly from WT controls in total and average inactive phases. Additionally, a genotype-dependent effect of Suvorexant on temperature acrophase suggested a possible partial normalization of circadian phase regulation in KO animals.
Suvorexant did not produce a significant change in the alterations of the nesting behavior that CDKL5-KO mice possess, but a marginal attenuation was observed in the P113 test.
In conclusion, what we found suggests that orexin receptor blockades exert some beneficial effect on consolidation of the sleep and the performance of cognitive function in CDKL5-deficient mice, while leaving the other phenotypes mostly unaffected. Our results supports that the orexin system contributes to a subset of alterations associated with CDD and provides a pre-clinical rational for future investigations around the DORAs as a therapeutic strategy in improving some of the disorder’s issues.