Amiloidosi (beta-fibrillosi) Gruppo di patologie accomunate dall accumulo di depositi proteici di aspetto simile formati da amiloide

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1 Amiloidosi (beta-fibrillosi) Gruppo di patologie accomunate dall accumulo di depositi proteici di aspetto simile formati da amiloide

2 1971 PURIFICAZIONE dell AMILOIDE: SEQUENZA AMINOACIDICA OGGI BETA-FIBRILLOSI un po di storia 1700 prima osservazione degli anatomopatologi dell epoca di alcuni organi (fegato, milza, cuori) rigonfi e consistenti, infiltrati da qualche sostanza anomala 1850 scuola viennese definisce questo reperto con il termine LARDACEO corretto da VIRCHOW come CEREO intendendo con questo termine una infiltrazione di materiale ialino anomalo formatosi da qualche precursore ematico CELLULOSA ANIMALE L AMILOIDE viene definita come una STRUTTURA PROTEICA, INSOLUBILE, INERTE, REFRATTARIA AI COLORANTI E SCARSAMENTE ANTIGENICA 1922 COLORAZIONE CON ROSSO CONGO. L amiloide appare DICROICA. L amiloide non colorata è BIRIFRANGENTE. L AMILOIDE è una struttura FIBRILLARE 1950 AMILOIDOSI PRIMITIVA AMILOIDOSI SECONDARIA (risposta immunitaria) 1959 MICROSCOPIO ELETTRONICO: l AMILOIDE è FIBRILLARE, FIBRILLE LINEARI Å, DUE FILAMENTI, ASSOCIATA CON PROTEINA PENTAGONALE

3 Le amiloidosi sono alterazioni del metabolismo e della conformazione delle proteine, nelle quali diverse proteine autologhe, tra loro non correlate, si aggregano in fibrille che si depositano nei tessuti, causando disfunzione degli organi interessati da questo processo. Fino ad oggi, sono stati classificati più di 20 tipi di amiloidosi sulla base delle diverse proteine che formano le fibrille di amiloide in vivo. La forma più frequente è rappresentata dall'amiloidosi AL, seguita dall'amiloidosi reattiva. Fra le forme familiari, l'amiloidosi da transtiretina è la più comune, anche se in zone geografiche specifiche vi può essere la prevalenza di un tipo particolare.

4 Classificazione delle Amiloidosi Proteina Amiloide Precursore Sistemica (S) o Localizzata (L) Sindrome o tessuto coinvolto Organi coinvolti AL Catena leggera delle immunoglobuline S, L Primaria Associata a mieloma Rene, cuore, fegato, SNP, SNA ATTR Transtiretina S Sistemica senile SNP, Cuore, SNA Aβ 2 M β 2 -microglobulina S Emodialisi cronica Articolazioni, ossa AA (Apo)AA sierica S Secondaria, reattiva a flogosi cronica Rene, fegato, SNA AApoA-I Apolipoproteina A-I S Familiare Fegato, rene, cuore, testicolo AApoA-II Apolipoproteina A-II S Familiare Rene, cuore AGel Gelsolina S Familiare SNP, nervi cranici, cute ALys Lisozima S Familiare Rene, fegato e milza AFib Catena-α del fibrinogeno S Familiare Rene ACys Cistatina C S Familiare SNC ABri ABriPP L Demenza familiare SNC ADan ADanPP L Demenza familiare SNC Aβ Proteina precursore Aβ (AβPP) L Malattia di Alzheimer, senilità, angiopatia cerebrale amiloide SNC AprP Proteina prionica L Encefalopatia spongiforme SNC ACal (Pro)calcitonina L Tumori della tiroide a cellule C Tiroide AIAPP Islet amyloid polypeptide L Isole di Langerhans, Insulinomi Pancreas AANF Fattore natriuretico atriale L Atri cardiaci Cuore Apro Prolattina L Invecchiamento ipofisario, Prolattinoma Ipofisi AIns Insulina L Iatrogena Sedi di iniezione Amed Lactaderina L Senile aortica, media Aorta Aker Cherato-epitelina L Cornea; Familiare Cornea A(tbn) da denominare L Tumori di Pindborg ALac Lattoferrina L Cornea; Familiare Cornea SNA, sistema nervoso autonomo; SNP, sistema nervoso periferico; SNC, sistema nervoso centrale.

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6 Merlini G, Bellotti V. N Engl J Med. 2003;349: Relini A. et al, BBA 2004;1680:33-41.

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8 Amiloidosi (beta-fibrillosi) Accumuli progressivi nei parenchimi di glicoproteine del plasma modificate dalle cellule reticoloendoteliali

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10 Beta fibrille

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12 SINDROME NEFROTICA MACROGLOSSIA

13 Amiloidosi sistemiche ereditarie Gruppo di malattie molto rare a trasmissione autosomica dominante causate da mutazioni in specifiche proteine plasmatiche: la transtiretina, l'apolipoproteina A-I, l'apolipoproteina A-II, il lisozima, la catena α del fibrinogeno e la gelsolina La presenza di una mutazione riduce la stabilità termodinamica della proteina mutata circolante e/o la rende suscettibile di modificazioni proteolitiche Età adulta

14 Amiloidosi da transtiretina Amiloidosi ereditaria più frequente e la prima ad essere stata identificata. La transtiretina è sintetizzata principalmente dal fegato e fisiologicamente deputata al trasporto della tiroxina e della proteina legante il retinolo (RBP). Oltre 80 mutazioni in questo gene che si associano allo sviluppo della malattia. Coinvolgimento del sistema nervoso periferico e del sistema nervoso autonomo

15 Amiloidosi da apolipoproteina A-I Rara forma di amiloidosi sistemica Deposizione di fibrille di amiloide costituite da frammenti N-terminali di questa proteina. Reni, cuore e fegato nefropatia, cardiomiopatia ed epatopatia. Dodici varianti amiloidogeniche di apoa-i, di cui otto sono mutazioni missenso, una è una delezione ed una è una delezione/inserzione. Andamento benigno

16 Amiloidosi da apolipoproteina A-II, da fibrinogeno e da lisozima, estremamente rare nel nostro paese. interessamento prevalentemente del rene età adulta con proteinuria glomerulare associata a progressiva insufficienza renale cronica

17 Una diagnosi corretta si basa su: riconoscimento clinico caratterizzazione immunoistochimica delle fibrille di amiloide identificazione del gene mutato. Trapianto di fegato, cuore e/o rene, allo scopo di bloccare la sintesi del precursore amiloidogenico e sostituire l'organo infiltrato dalla malattia Consulenza genetica

18 Amiloidosi AL Fibrille formate dal frammento N-terminale di una catena leggera immunoglobulinica monoclonale. Il responsabile della produzione della proteina amiloidogenica è un clone plasmacellulare neoplastico (mieloma multiplo). E la forma più comune di amiloidosi sistemica nei paesi occidentali, con un'incidenza stimata di 0.8 per persone-anno

19 Rene, cuore, fegato, SNP, SNA L'andamento clinico è in larga misura dipendente dalla presenza e dall'entità del coinvolgimento cardiaco al momento della diagnosi Importante ruolo di marcatori biochimici di danno cardiaco nell'amiloidosi AL. Livelli elevati di troponine cardiache sono correlati ad una cattiva prognosi nei pazienti con amiloidosi AL

20 I depositi di amiloide possono essere lentamente riassorbiti e la disfunzione d'organo può regredire se la sintesi del precursore amiloidogenico è ridotta o annullata. Scopo della terapia nell'amiloidosi AL è diminuire rapidamente la concentrazione delle catene leggere monoclonali circolanti tramite la soppressione del sottostante clone plasmacellulare

21 Amiloidosi reattiva (AA) Persistente elevata concentrazione di una proteina della fase acuta, la siero amiloide A (SAA), il cui frammento N-terminale si deposita sottoforma di fibrille amiloidi. La sintesi e secrezione epatica di SAA è mediata dalle citochine pro-infiammatorie IL-1, IL-6 e TNFα. Associata a stati flogistici cronici (malattie autoimmuni, le febbri periodiche ereditarie, le infezioni croniche ed alcuni tipi di neoplasie)

22 Edemi declivi causati dalla proteinuria che, in mancanza di trattamento progredisce verso l'insufficienza renale. Coinvolgimento del sistema nervoso autonomo (importanti alterazioni dell'alvo, spesso diarroico, ipotensione ortostatica). Coinvolgimento del cuore con un quadro di cardiomiopatia restrittiva, scompenso destro e aritmie. La diagnosi di amiloidosi AA deve essere sospettata in tutti i soggetti con patologia infiammatoria nota (l'artrite reumatoide, associata a proteinuria ed edemi declivi)

23 La amiloidosi AA può essere reversibile e la funzione degli organi recuperata se la diagnosi è precoce ed il trattamento efficace. L'obiettivo della terapia è il controllo dello stato flogistico con riduzione della concentrazione della SAA sierica al di sotto dei 10 mg/l.

24 Malattia di Alzheimer La malattia di Alzheimer è caratterizzata da placche ricche di sostanza Amiloide β (Ab). Formate dall accumulo ed aggregazione di peptidi di β-amiloide derivati dall amyloid precursor protein (APP) localizzati nel parenchima ed intorno i vasi Lesioni Caratteristiche: Placche senili, nucleo centrale di sostanza amilode avvolte da neuriti e glia degenerati Angiopatia congofila presenza di sostanza amiloide in arteriole cerebrali Intrecci di neurofibrille nei neuroni

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26 The amyloid cascade hypothesis of AD Blennow, K. et al. (2010) Nat. Rev. Neurol. doi: /nrneurol

27 PSN Dal taglio in successione della α della g-secretasi si origina il frammento p3 innoquo (in vitro). Dal taglio in successione della β e della g-secretasi si origina invece il frammento amiloidogenico Aβ che è formato da 40 aa se la g-secretasi taglia in posizione 711 mentre è di 42 aa (più amiloidogenico) se taglia in posizione 713.

28 Metabolic pathways for the generation of APP fragments detected in the CSF Blennow, K. et al. (2010) Nat. Rev. Neurol. doi: /nrneurol

29 Tau isoforms and phosphorylation sites Blennow, K. et al. (2010) Nat. Rev. Neurol. doi: /nrneurol

30 La deposizione di Aβ innesca un potente processo infiammatorio nel CNS, causando la sintesi di numerose citochine e mediatori proinfiammatori Nell AD, è stato demostrato un elevata produzione di mediatori dell infiammazione nelle vicinanze degli accumuli di Aβ

31 Neuroinflammatory process cytokines Ab accumulation ROS t aggregates Front. Cell. Neurosci. 2014

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33 Malattia di Alzheimer eredofamiliare Mutazioni nell APP sono legati a pochi casi di AD familiare Nella maggior parte dei casi mutazioni dei geni per presenilin-1 (PS-1) and presenilin-2 (PS-2). Le preseniline si trovano nel RE ed influenzano il metabolismo dell APP. Le mutazioni delle preseniline aumentano la produzione di β-amiloide.

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35 Dubbi.. Ipotesi della cascata mitocondriale Dual pathway hypothesis Ipotesi dell alterato metabolismo del glucosio Ipotesi del rientro nel ciclo cellulare Ipotesi vascolare J. Neurochem. (2016) 139 (Suppl. 2),

36 I prioni Il termine di prioni (acronimo di "PRoteinaceus Infective ONly particle = particella infettiva solamente proteica) è stato coniato per indicare agenti patogeni di natura proteica provvisti di proprietà infettanti, in grado di provocare una serie di encefalopatie degenerative dell uomo e di alcuni animali.

37 Le encefalopatie spongiformi I prioni sono gli agenti responsabili di una serie di encefalopatie spongiformi caratterizzate, dal punto di vista istologico, dalla presenza di lesioni degenerative, che conferiscono al tessuto nervoso un aspetto spongioso (spongiforme: comparsa di vacuoli a livello dei dendriti neuronali e dei neuroni) Si manifestano con: atrofia perdita di cellule neuronali proliferazione delle cellule gliali deposizione di fibrille di natura glicoproteica (placche)

38 Malattie prioniche MALATTIA OSPITE NATURALE Scrapie pecore e capre Encefalopatia trasmissibile dei visoni visoni Chronic wasting disease cervi e alci Encefalopatia spongiforme bovina (BSE) mucche Encefalopatia spongiforme felina (FSE) gatti Kuru uomo Malattia di Creutzfeld-Jakob (CJD) uomo S. di Gerstmann-Straussler-Scheinker uomo Insonnia familiare fatale uomo

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40 I prioni sono isoforme patologiche di proteine normali (presenti soprattutto nei neuroni) che hanno la loro origine nella presenza di mutazioni nel gene codificatore e che si accumulano nelle cellule neuronali, danneggiandole irreversibilmente. Le proteine prioniche, pur essendo il risultato di una mutazione genica, sono capaci di moltiplicarsi nell ospite e di indurre una patologia.. L inoculazione o l ingestione di sospensioni contenenti prioni è in grado di indurre la comparsa della patologia in soggetti normali, i quali a loro volta diventano sorgente di possibile infezione.

41 I prioni..eziologia I prioni sono: resistenti a trattamenti 1) in grado di inattivare i virus convenzionali 2) in grado di inattivare gli acidi nucleici sensibili a trattamenti (urea, fenoli) in grado di inattivare le proteine.

42 La trasmissibilità sperimentale della patologia coincide con una proteina, parzialmente glicosilata denominata PrP (proteina prionica) α-elica

43 Tutte le cellule dei mammiferi contengono un gene Prnp (cromosoma 20) che codifica una proteina chiamata PrP c Prnp PrP c La PrP c codificata dal gene Prnp è costituita da 253 aminoacidi, è glicosilata a livello di due asparagine in posizione 181 e 197. La PrP c è ancorata alla membrana delle cellule Neuroni, polmoni, cuore, rene, pancreas, testicoli, leucociti e piastrine

44 PrP Sc proteina prionica patologica e PrP c proteina prionica cellulare PrP c PrP Sc dimensioni 33-35kd 27-30kd seq.aa. mantenimento perdita c.molecolare a helix b helix Resistenza alla digestione con enzimi proteolitici

45 1 e 3 campioni non trattati con proteasi 2 e 4 campioni trattati con proteasi

46 Encefalopatie umane o animali trasmissibili PrP c viene usualmente sintetizzata e degradata durante il normale metabolismo. Possono avvenire in modo assolutamente casuale delle modificazioni che portano la PrP c a forme parzialmente srotolate (PrP*) che rappresenterebbero una fase intermedia verso la transizione b sheet Prione esogeno PrP c PrP* PrP sc degradazione

47 Modello di trasmissione dei prioni

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49 Encefalopatie spongiformi a carattere familiare Si ha una trasmissione ereditaria autosomica e dominante. Nei soggetti portatori di una mutazione nel gene che codifica la PrP, la PrP c presenta delle mutazioni che diminuiscono la probabilità di assumere un normale aspetto.

50 Ricapitolando.. Il prione attacca una proteina citoplasmatica normale La proteina normale viene trasformata in prione a sua volta: Il prione (PrPsc, responsabile dello scrapie, conformazione a betafibrilla) direziona la conversione della proteina PrPc (conformazione ad alfa-elica) normale in PrPsc PrPsc agisce come chaperone portando PrPc ad avvolgersi in maniera errata L aumento di PrPsc innesca un meccanismo che porta alla deposizione di beta-fibrille e formazione di placche di amiloide che portano a degenerazione il tessuto L aumento della concentrazione di prioni porta ad un aumento dei prioni stessi fino a causare danno cellulare Sono state isolate fino a 20 differenti mutazioni che rendono una proteina normale un prione