PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE

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1 Lezione di Neurologia 25/10/02 Prof Ferrarese PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE Sono patologie sempre più frequenti perché sono legate all invecchiamento.la maggior parte di queste aumenta soprattutto negli ultimi anni di vita, e poiché, come sapete, l età media della popolazione è in continuo aumento, sono patologie in aumento; per molte di queste non ci sono ancora terapie efficaci, quindi sono patologie che hanno un peso molto importante. Erano patologie che un tempo erano relegate a brevi capitoli nei diversi sistemi e non si sapeva nulla sui meccanismi che portavano a queste malattie. Si parlava di AMIOTROFIA, che stava ad indicare che le cellule nervose ad un certo punto non funzionavano più, quindi era un termine molto vago. Invece negli ultimi 20 anni è cambiato molto lo scenario, sono stati fatti progressi nella comprensione dei meccanismi di queste patologie e in alcuni casi abbiamo anche delle terapie efficaci. E comunque un argomento ancora in evoluzione, per questo era giusto farvi una lezione introduttiva generale che focalizzi bene le caratteristiche di queste malattie e anche i loro meccanismi di eziologia. CARATTERISTICHE GENERALI Innanzi tutto dal punto di vista clinico dobbiamo sospettare di essere d fronte ad una malattia di tipo neurodegenerativo quando: CARATTERISTICHE CLINICHE - esordio insidioso; insidioso vuol dire che non si può datare un preciso momento in cui sono iniziati i disturbi, ma questi si sono manifestati in maniera molto subdola, progressiva, nell arco di qualche mese o addirittura di qualche anno. Questa modalità di esordio è molto importante. - Decorso lungo e progressivo; progressivo vuol dire che vi è un costante aggravamento della patologia. Questo aggravamento costante fa pensare che vi sia in atto un meccanismo appunto neurodegenerativo in cui le cellule nervose un po alla volta divengono amorfe. Un altro dato è - Correlazione con l età. Si manifestano in età avanzata, però in genere nelle forme che tendono ad essere più grave, questa realtà può essere anticipata e in alcune forme gravi l esordio è addirittura in età giovanile. - Simmetria bilaterale dei sintomi e segni. In genere la sintomatologia ed anche i segni obiettivi tendono ad essere bilaterali; ci può essere un esordio limitato ad un lato del corpo di un determinato sintomo, però in genere deve essere bilaterale dopo un po di tempo. Questa simmetria è un altro sintomo che è un processo diffuso, quindi non è legato a qualcosa di focale ma è un processo neurodegenerativo diffuso. Queste sono le caratteristiche cliniche comuni a queste forme. C è da dire che sono state evidenziate dai quadri clinici diversi dei pazienti colpiti, ma spesso ci può essere un overlap, una terza sovrapposizione di sintomi tra una forma e l altra, come vedremo poi. CARATTERISTICHE ANATOMO-PATOLOGICHE

2 - Coinvolgimento di determinati sistemi neuronali a volte tra loro correlati; per esempio nella malattia di Parkinson è coinvolto un particolare sistema neuronale ed i neuroni dopaminergici della sostanza nera sono quelli che degenerano e danno il quadro clinico. A volte sono più sistemi che sono colpiti, ad esempio nella Sclerosi Laterale Amiotrofica si ha una degenerazione del primo e del secondo motoneurone, cioè del motoneurone spinale e di quello corticospinale, due sistemi che sono tra loro collegati. - Progressiva rarefazione neuronale. Il substrato anatomico in questa manifestazione clinica è una rarefazione neuronale, cioè le cellule si distruggono un po per volta con meccanismi più tipici dell apoptosi che della necrosi. Conoscete già la distinzione tra questi due meccanismi: l apoptosi indica che sono le cellule che mettono in atto un programma di morte programmata, perché non è un evento ictale che toglie completamente l energia, ma è qualcosa di lento che porta ad alterazioni metaboliche iniziali della cellula che poi innesta questo programma di apoptosi. - Non vi è una evidente reazione infiammatoria; cioè può esserci una certa risposta infiammatoria, comunque limitata, che cerca per esempio di eliminare i prodotti dell apoptosi e della degradazione o l accumulo di proteine. Questo non è però l evento centrale della patologia, anche se in qualche caso, ad esempio l Alzheimer, può contribuire in qualche modo alla patologia. Non è un classico quadro infiammatorio con accumulo di linfomonociti come nelle patologie con patogenesi infiammatoria, per esempio nella Sclerosi Multipla o nelle Encefaliti. - Spesso abbiamo deposito di materiale proteico anomalo e si sta sempre più evidenziando che nelle varie patologie degenerative si accumulano particolari proteine; sono proprio queste coinvolte nei meccanismi patogenetici e sarà proprio il tipo di proteine che si accumula e il tipo di distretto in cui si accumula, cioè le cellule in cui si accumula, che condizionerà il quadro clinico. CARATTERISTICHE GENETICHE Ci sono anche alcune caratteristiche genetiche molto importanti: - Ci sono rare forme che hanno un EREDITARIETA MENDELIANA; in genere sono forme poco frequenti e la maggior parte sono forme dominanti, che implicano l acquisizione di una mutazione che porta a qualcosa di tossico per la cellula e quindi all accumulo di una proteina anomala, perché mutata. - In molti casi ci può essere EREDITARIETA MATRILINEARE; matrilineare vuol dire che è legata ad alterazione del DNA mitocondriale, che è ereditato quasi interamente dalla madre perché i mitocondri sono quasi tutti nell oocita. Può esserci una mutazione del DNA mitocondriale o dei suoi polimorfismi, quindi alcuni enzimi codificati dal DNA mitocondriale funzionano in maniera anormale, perciò con l invecchiamento posso avere delle disfunzioni che si manifestano tardivamente. Se sono patologie che insorgono in tarda età, anche se sono legate a fattori genetici, ci vuole comunque tempo perché si manifestino e quindi sono evidentemente suscettibili anche ad influenze ambientali. - I polimorfismi genetici, variazioni normali nella popolazione, possono predisporre dei soggetti a sviluppare queste malattie, ma sono solo dei fattori di rischio, quindi ci sono poi altri determinanti che si manifestano con gli anni. - Ci sono forme sporadiche dove non si riesce ad identificare ereditarietà vera e propria. Vi mostro ora una classificazione estratta dall Addams, ma ce ne sono tante sui diversi libri, utile clinicamente perché in genere queste indicazioni di patologie sono carpite da definizioni cliniche, cioè i neurologi già nel secolo scorso descrivevano particolari casi e in alcuni casi davano il loro nome alle patologie che descrivevano per primi e sono rimaste classificate in questo modo, anche se

3 poi si è visto che alcune forme potevano essere accumulate per analoghe alterazioni genetiche, o viceversa che la mutazione dello stesso gene può dare quadri clinici molto diversi. Queste classificazioni basate soprattutto sulla clinica sono utili perché il primo approccio alle patologie è di tipo clinico, i sintomi che presentano i pazienti, ma vanno ripensate, quando poi le studierete, anche sulla base di più nuove classificazioni genetiche. Questa è comunque abbastanza complessa ed ho evidenziato il fatto che qui sono messe in luce le sindromi o le caratteristiche cliniche prevalenti, cioè: GRUPPO 1: sindromi caratterizzate da un quadro di demenza progressiva, cioè il sintomo fondamentale è la demenza, la perdita delle funzioni superiori della memoria, dell orientamento e delle funzioni psicologiche così isolate. GRUPPO 2: caratterizzato da demenza, però si associa ad altri segni e sintomi neurologici, soprattutto della motilità, che accompagnano inevitabilmente la demenza. GRUPPO 3: patologie legate ad alterazioni solo dei movimenti, soprattutto di tipo extrapiramidale, alterazioni della postura e dei movimenti. Qui è compresa anche la malattia di Parkinson, anche se, per esempio, in una quota di Parkinsoniani può essere associata demenza, quindi possono esserci delle sovrapposizioni tra queste categorie. GRUPPO 4: sindromi caratterizzate da atassia progressiva, quindi sintomo fondamentale è una disfunzione cerebellare. GRUPPO 5: sindromi caratterizzate da debolezza muscolare ed atrofia, quindi si richiama il sistema piramidale e/o addirittura dei motoneuroni spinali; con atrofia vi è quindi sempre un coinvolgimento periferico e del motoneurone spinale, a volte anche dei sistemi sensitivi GRUPPO 6: sindromi caratterizzate da paraplegia spastica senza amiotrofia, cioè la degenerazione riguarda solo il sistema piramidale. GRUPPO 7: sindromi caratterizzate da cecità progressiva ed aftalmoplegia; colpiscono quindi la retina, il nervo ottico oppure la motilità oculare estrinseca. GRUPPO 8: sindromi caratterizzate da sordità neurosensoriale, colpiscono i sistemi uditivi. Alcune di queste ultime patologie sono magari trattate dall oculista o dall otorino ed in ogni caso sono sottolineate le forme più frequenti ed importanti che vanno riconosciute. Voi dovrete ricordare le principali categorie, non tutte. Oggi ci soffermeremo oltre che su una spiegazione dei meccanismi comuni e di quelli che portano a queste patologie, su qualche quadro clinico che descriveremo oggi e poi sarà finita lì; invece riprenderemo in 2 lezioni a parte le 2 patologie principali per importanza, frequenza e complessità, anche perché ci sono terapie nuove, cioè l Alzheimer, con inquadramento generale delle demenze, e le forme extrapiramidali soprattutto il Parkinson. Oggi vedremo queste forme di alterazione della motilità come la Sclerosi Laterale Amiotrofica o le Atassie Progressive. Quando farete le neuropatie vi sarà descritto anche questo quadro di Neuropatie Sensitivo Motorie, che è giusto descrivere insieme alle neuropatie perché hanno quadri clinici che richiamano le neuropatie e con cui entreranno in diagnosi differenziale. Oggi parleremo delle forme di Atassia. QUADRI ANATOMO-PATOLOGICI In queste forme neurodegenerative ritroviamo degli inclusi, corpi, sferoidi, accumuli di materiale anomalo che si formano perché precipitano particolari proteine; con la biologia molecolare si è scoperto cosa erano queste proteine e come erano fatte, sono state clonate ed in alcuni casi sono state trovate loro mutazioni.

4 Esempio: in un preparato di cervello di Alzheimer si vede, a parte la rarefazione neuronale, una placca senile in mezzo ed un vaso con attorno un alone arancione che indica un deposito di materiale che è stato chiamato AMILOIDE perché prende la colorazione dell amido, e da lì è stata estratta la proteina BETA AMILOIDE. Nello stesso tempo si è visto che all interno dei neuroni vi erano delle proteine un po anomale, in particolare i neurofilamenti e le neurofibrille che venivano conglobate tra di loro a formare i neurofibrillary tangles o grovigli neurofibrillari, che assumevano particolari coloranti. Questo aggrovigliamento di neurofilamenti intracellulari è legato ad una alterazione di un altra proteina chiamata TAU, che fa da ponte tra i neurofilamenti. Queste 2 proteine sono quindi fondamentali perché sono implicate nella patogenesi dell Alzheimer. Nella malattia di Parkinson invece già i primi anatomopatologi descrivevano dei corpi intracellulari, i CORPI DI LEWY. Circa 7-8 anni fa si è scoperto che in questi corpi era presente una proteina chiamata ALFA SINUCLEINA che può mutare nei casi di Parkinson Familiare. Uno studio genetico compiuto su tutti i componenti di una famiglia affetti da Parkinson familiare a Contursi, un paese della Calabria, ha evidenziato il locus genetico che mappava per una proteina chiamata asinucleina, mutata nel Parkinson Familiare, ma che è presente anche nel Parkinson sporadico, di gran lunga il più frequente. Queste proteine si trovano quindi sia nelle rare forme ereditarie, dove ci possono essere loro mutazioni, sia nelle forme sporadiche e lo studio delle forme genetiche ci ha aiutato a capire come mai nelle forme sporadiche questa proteina si deposita anche se non mutata. Tra le proteine è importante l UBIQUITINA, proteina ubiquitaria perché presente ovunque col compito di degradare strutture delle cellule che devono essere riciclate. Grossi complessi della cellula subiscono l attacco delle molecole di ubiquitina che, attaccandosi alle proteine da distruggere, fanno sì che vengano riconosciute da un apparato della cellula chiamato proteosoma che le digerisce formando pezzettini più piccoli, gli aminoacidi. Se questi meccanismi di degradazione si alterano, c è accumulo di ubiquitina. L ubiquitina stessa manca in certi neuroni dove si depositano altre proteine, comunque trovare l ubiquitina è un reperto abbastanza frequente. Questa classificazione che vi presento è basata sul tipo di gene alterato e sulla conseguente proteina che si può accumulare: Patologie da PRIONI: la proteina cellulare normale PrP (prion protein), codificata sul cromosoma 20, può essere mutata, come abbiamo visto nel Creutzfeldt-Jacob Familiare, nella Fatal Family Insonnia e nella malattia di Gerstmann-Straussler- Scheinker, oppure può essere trasmessa la proteina patologica dall esterno come la nuova variante legata all Encefalopatia bovina e il Creutzfeldt-Jacob iatrogeno (quando l ipofisi è usata come fonte di ormoni oppure in trapianti di dura). Tutto questo porta alla deposizione in placche di questa proteina, alla neurodegenerazione di tipo spongiforme e ad un quadro clinico un po diverso a seconda della sede del deposito. ALZHEIMER: si riconoscono 3 diverse mutazioni del gene APP (amyloid precursor protein). In alcuni rari casi possiamo avere la mutazione di questo gene con accumulo di un frammento del precursore Ab o bamiloide che si deposita nelle placche. Possono mutare le proteine PS (presenilina) 1 e 2; quelle di tipo 1 sono le più frequenti in tanti casi di Alzheimer Familiare, una patologia simile all Alzheimer sporadico che esordisce in età più precoce e la mutazione, anche se non della APP, comporta comunque l accumulo di bamiloide. PARKINSON (PD): sono stati identificati alcuni geni tra cui i più recenti sono PARK 1, 2, 3 e 4. Ci sono 4 forme familiari: la prima identificata è dovuta alla mutazione dell asinucleina che comporta Parkinson autosomico dominante; ci sono altre forme ereditarie recessive legate a mutazioni di altre proteine, per esempio della

5 PARKINA sul cromosoma 6, che fanno comunque precipitare la asinucleina nei corpi di Lewy, inclusioni intraneuronali presenti nelle cellule della sostanza nera. DEMENZA FRONTO-TEMPORALE (FDT): sono forme di demenza precoce, con aprassia molto spiccata, le cui caratteristiche cliniche verranno descritte in una lezione a parte. In questo caso c è una mutazione del gene della proteina TAU (si parla anche di TAUPATIE) oppure può esserci la mutazione della asinucleina. SCLEROSI LATERALE AMIOTROFICA (ALS): sono patologie in cui degenera il primo e secondo motoneurone. Ci sono rare forme genetiche di cui non abbiamo ancora identificato il gene; nel 5% dei casi di ALS c è invece un ereditarietà legata ad alterazione della proteina SuperOssidoDismutasi (SOD) per mutazione del gene presente sul cromosoma 21: la mutazione è di tipo missense, cioè cambiano alcuni aminoacidi. La forma è di tipo autosomico dominante, per cui la proteina che si accumula in inclusioni intracellulari simili a corpi di Lewy acquisisce una funzione anomala e degenera in particolari sistemi neuronali. Un altro ampio gruppo di patologie è caratterizzato da POLIGLUTAMINA, cioè espansione di triplette di Dna che comporta la ripetizione in più volte di un aminoacido in una proteina. Per poliglutamina si intende quindi una ripetizione all interno di una proteina di glutamina, codificata dalla tripletta CAG che si espande nel Dna. A seconda del gene in cui avviene l espansione di triplette ci sono diverse patologie, con quadri clinici molto diversi tra loro e che per questo appartengono a diverse categorie nella classificazione appena vista. Per esempio: ATROFIA DENTATO-RUBRO-PALLIDO-LUYSIANA (DRPLA): patologia che colpisce il nucleo dentato, il nucleo rosso e quello subtalamico di Luys e che avrà quindi sintomatologie di tipo extrapiramidale. ATROFIE SPINOCEREBELLARI sono patologie dovute ad altre proteine con poliglutamina, con quadri clinici diversi che rientrano nel gruppo delle atassie. Vedete quindi che la situazione complica molto la vita a chi deve studiare queste patologie, però sono importanti e dobbiamo sapere a che punto siamo con le loro diagnosi. Cominciamo a descrivere qualche forma che comporta alterazioni di movimenti con debolezza muscolare e atrofia. SCLEROSI LATERALE AMIOTROFICA E anche detta malattia di Charcot. E una malattia molto grave, invalidante, caratterizzata da un esordio subdolo e progressivo di un atrofia muscolare che prevale in genere a livello distale, soprattutto alle mani, ma che può anche colpire gli arti inferiori: alle mani si nota più intensamente perché è un atrofia dell eminenza tenar e ipotenar, degli interossei, ed è accompagnata da debolezza della mano. A volte può colpire i muscoli del volto oppure la lingua (si vede una lingua con le pliche ben in evidenza). La malattia è progressiva e nel giro di pochi anni l atrofia è accompagnata da fascicolazioni, cioè contrazioni di singole unità motorie che non sono in grado di far muovere l arto, cioè contrarre il muscolo, ma che si vedono come dei guizzi sotto la pelle che colpiscono soprattutto i muscoli che vanno incontro ad atrofia. All esame obiettivo si nota che coesistono segni di patologia del nervo periferico o dei motoneuroni periferici (atrofia muscolare, fascicolazioni, ipostenia e debolezza) con segni di lesione al motoneurone centrale (iperriflessia e segno di Babinski positivo). La forma CLASSICA colpisce tutto il corpo, i 4 arti. L esordio è progressivo e nel giro di 5-6 anni il paziente diventa inabile, non riesce più a camminare. La malattia può colpire la muscolatura

6 respiratoria e il paziente va incontro ad insufficienza respiratoria che spesso lo porta a morte. Oggigiorno questi pazienti vengono curati meglio ricorrendo addirittura alla respirazione assistita con ventilatori o concentratori di ossigeno. La malattia può colpire i muscoli della faringe e comportare una disfagia: il paziente non riesce più ad alimentarsi per cui si procede alla gastrostomia per alimentarlo artificialmente. Oggigiorno c è molto dibattito sull utilità di questi interventi di tipo invasivo, però la malattia è tragica in quanto il paziente vede perdere tutte le proprie funzioni, una alla volta, mantenendo una normale intelligenza e le sensibilità intatte. La variante BULBARE è una patologia ancora più grave della classica. Sono colpiti i motoneuroni ed i nuclei dei nervi cranici bulbari, tra cui l ipoglosso, il vago, il glossofaringeo, quindi i sintomi all esordio saranno di tipo bulbare, per esempio disturbi di deglutizione, disfonia e anche disturbi respiratori. La variante di PATRIKIOS è una forma meno grave, che può durare anche 10 anni o più. E una forma pseudopolinevritica, cioè all esordio può simulare una polinevrite con disturbi di stenia distale agli arti inferiori, mentre l atrofia ed i segni piramidali sono poco evidenti. DIAGNOSI: - SEGNI/SINTOMI - ESAMI DEBOLEZZA ATROFIA MUSCOLARE IPERRIFLESSIA SPASTICITA DELL IPERTONO PROGRESSIONE OVERTIME cioè nel tempo (esordio progressivo di questi disturbi) ELETTROMIOGRAFIA EMG che evidenzia un quadro neurogeno: quando si mette l ago e si fa contrarre il muscolo, non si riesce a raggiungere l interferenza, cioè a reclutare qualche unità motoria perché sono troppo poche anche se hanno potenziali più ampi e polifasici. Dal momento che sono morti dei motoneuroni, i superstiti vanno ad innervare le unità motorie denervate poiché il muscolo è integro (la patologia è dei motoneuroni, non del muscolo). I pochi motoneuroni rimasti ampliano il loro territorio di innervazione, le unità motorie sono più grosse e i numero inferiore, quindi i potenziali sono più ampi. VELOCITA DI CONDUZIONE non è rallentata perché non è patologica nel nervo. NEUROIMAGING: la RMN si usa per la diagnosi differenziale. Per esempio se ci sono segni piramidali agli arti inferiori, segno di Babinski, iperriflessia e atrofia alle mani, dobbiamo escludere patologie (come tumori o ernie) compressive a livello midollare che interrompono e danneggiano le vie lunghe piramidali e determinano deficit periferico compromettendo i motoneuroni: ci saranno spasticità, segni centrali agli arti inferiori e segni periferici agli arti superiori. BIOPSIA MIDOLLARE si esegue in alcuni casi. NEUROPATOLOGIA per studiare il quadro patologico. La diagnosi si fa con tutte queste indagini ed in base alla frequenza dei segni e sintomi presenti in 1 o più regioni:

7 -diagnosi SOSPETTA: segni del motoneurone inferiore spinale (LMN), cioè atrofia o fascicolazioni in 1 sola regione + segni del motoneurone superiore (UMN) in 1 sola regione; -diagnosi POSSIBILE: segni di LMN e UMN contemporaneamente in 1 regione; -diagnosi PROBABILE: segni di LMN e UMN in 2 regioni; -diagnosi DEFINITIVA: segni di LMN e UMN in 3 regioni. MECCANISMI PATOGENETICI Con la scoperta della mutazione SOD si sono fatte delle ipotesi patogenetiche in gran parte confermate. SOD (superossidodismutasi) è una proteina che trasforma il superossido in acqua ossigenata, detossificando i radicali liberi. La proteina anomala SOD invece determina un eccesso di acqua ossigenata e quindi un accumulo di radicali liberi all interno della cellula, i quali interagiscono con i trasportatori del glutamato. Il glutammato liberato dai neuroni entra nella cellula tramite dei trasportatori, i quali funzionano contro un gradiente di concentrazione, hanno quindi bisogno di energia, e possono essere facilmente inattivati dai radicali dell ossigeno. ESPERIMENTO: Si può trasfettare in un oocita di rana la SOD mutata, che è causa di ALS Familiare, insieme al trasportatore di glutammato. In vivo il glutammato liberato nella trasmissione simpatica è ricaptato prontamente, per cui non si accumula nello spazio sinaptico, si ha un blocco del trasporto e si determina eccitotossicità. E un meccanismo comune ad altre malattie, come quella da HIV. Domanda: perché proprio i motoneuroni? Risposta: a seconda del tipo di inattivazione di tale trasporto, vengono a risentirne all inizio solo particolari neuroni perché più suscettibili; ad esempio i motoneuroni spinali, che devono mandare un lungo assone e che hanno bisogno di un metabolismo energetico elevato, hanno particolari recettori del glutammato, detti AMPA, che diventano permeabili al calcio. Il meccanismo è quindi sistemico, ma soffrono solo queste cellule. TERAPIA L unica terapia provata è il RILUXOLO che agisce come inibitore del rilascio di glutammato perché interferisce con i canali del calcio che danno il release del glutammato; è quindi un antiglutammatergico. Sembra inoltre che interferisca anche con la NOS che dà origine alla NO. Questa enorme stimolazione della NOS sembra essere implicata nella morte di motoneuroni ricchi di questo enzima. AMIOTROFIE SPINALI PROGRESSIVE Sono patologie del gruppo 5 che determinano degenerazione dei motoneuroni. Esiste una forma grave che compare nel neonato detta malattia di VERDNIG-HOFFMANN che determina atrofie ed ipotrofie muscolari. I bambini sono fragili, con un pianto strozzato, e muoiono in pochi anni a causa di una morte rapida dei motoneuroni. Non ci sono segni piramidali. Esiste un altra forma più tardiva e meno grave detta variante di KUGELBERG-WELANDER. Ci sono poi altre forme in cui sono presenti segni piramidali e manca l atrofia muscolare, come nella PARAPLEGIA SPASTICA FAMILIARE dove c è progressiva paralisi spastica dovuta alla degenerazione del primo motoneurone che si manifesta soprattutto con spasticità agli arti inferiori (segno di Babinsky positivo, iperreflessia extratendinea). Alla diagnosi bisogna prima escludere patologie midollari con la RMN, all EMG non ci sono segni di compromissione del motoneurone periferico. La forma familiare è detta di STRUMPELL-LORRAINE, nella quale è stata isolata la

8 PARAPLEGINA, la cui mutazione determina suscettibilità alla morte per le cellule corticospinali, in quanto è una metallo-proteasi che, mutata, si accumula nei mitocondri e determina il blocco della loro attività. ATASSIA E legata ad una disfunzione cerebellare o dei sistemi spino-cerebellari. Dal punto di vista genetico si distinguono: A. Forme autosomiche RECESSIVE B. Forme autosomiche DOMINANTI A. 1) La forma principale è l ATASSIA DI FRIEDRIECH dove c è l espansione di una particolare tripletta CAA che provoca l espansione di una proteina mutata detta FRATASSINA importante per il metabolismo energetico mitocondriale. Il meccanismo che porta alla degenerazione di cellule del cervelletto e dei fasci spino-cerebellari è una proteina anormale in forma recessiva, cioè è la perdita di questa proteina che dà malattia. Esordisce in età infantile o adolescenziale (più l esordio è precoce più la forma è grave, la forme più lievi si manifestano in età avanzata) ed ha un lungo decorso di anni o più. Clinicamente compare con: ATASSIA instabilità della stazione eretta, il paziente cammina a base allargata, difficoltà nel compiere movimenti fini che valutiamo con prove segmentali avvicinando il tallone al ginocchio. IPOTONIA tono muscolare ridotto IPEREFLESSIA OSTEO-TENDINEA SEGNO DI BABINSKI POSITIVO solo a volte, cioè c è un certo coinvolgimento piramidale IPOARIFLESSIA i riflessi si possono ridurre se c è una componente spinocerebellare e quindi c è un deficit dell arco riflesso. Può colpire altri distretti: CUORE che ha un meccanismo energetico attivo, quindi si tratta di una proteina ubiquitaria anche nel muscolo cardiaco; si possono avere cardiopatie; SCHELETRO ci possono essere deformazioni scheletriche come per esempio il piede cavo con le dita a martello che può essere legato a distrofia di determinati muscoli per cui alcuni muscoli, come i flessori lunghi del piede, prevalgono sugli altri. CIFOSCOLIOSI alterazione statica e dinamica vertebrale ALTERAZIONI OCULARI solo in alcuni casi c è cataratta. 2) Esiste una variante che determina un maggior coinvolgimento piramidale detta variante di PIERRE-MARIE o ATASSIA SPASTICA in cui i riflessi sono sempre aumentati con Babinski positivo. B. Sono anche dette ADCA (Atassie Cerebellari Autosomiche Dominanti). Le forme dominanti sono quasi tutte legate all espansione della tripletta CAG.

9 1) La SCA è dovuta all espansione della tripletta CAG che codifica a seconda di dove si trova l espansione di diverse proteine. Ci sono proteine anomali dette ATASSINE responsabili di diverse forme cliniche difficili da distinguere dal punto di vista clinico: età d esordio, associazione con altri sintomi di tipo extraneurologico (per esempio disturbi della motilità oculare) o con disturbi piramidali sono importanti per identificare la malattia. 2) EA1 e EA2 sono due forme ereditarie di ATASSIA EPISODICA (non costante né progressiva) legata alla mutazione di geni del cromosoma 12 per EA1 e 19 per EA2 che determina l alterazione del canale del calcio per EA1 e del potassio per EA2. L alterazione di tali canali determina che si manifesti periodicamente atassia in seguito a particolari evenienze come fatica, stress ed esercizio fisico. EA1 può durare pochi minuti, mentre EA2 può durare giorni. Si manifestano in età infantile ed adolescenziale. EA1 si associa a: EA2 si associa a: MIOCHINIA CONTRAZIONI MUSCOLARI MOVIMENTI CORIO-ATETOSICI-PAROSSISTICI DISCINESIE PARATETOSICHE NIGSTAGMO MAL DI TESTA ATROFIA VERNIANA Le 2 forme sono responsive all ACETAZOLAMIDE che riequilibra i livelli elettrolitici. EA1 ha una certa somiglianza con altre forme in cui è implicato lo stesso gene, come l EMICRANIA EMIPLEGICA FAMILIARE, dovuta all alterazione del canale del calcio (lo stesso di EA1) che però è dovuta a una mutazione di una tripletta diversa. Il meccanismo di espansione delle triplette può essere responsabile sia di atassie spinocerebellari sia di altre patologie neurodegenerative che danno altri quadri clinici in quanto l espansione è su altre proteine, per esempio l espansione della tripletta CAG in diverse proteine dà diversi quadri clinici come SCA o COREA DI HUNTINGTON (HD). COREA DI HUNTINGTON In HD c è l espansione di una tripletta CAG che codifica per la proteina ANTINTINA (HUNTINGTIN) che si deposita nei neuroni dello striato (corteccia frontale). La proteina normale può avere espansione di una tripletta CAG da 6 a 35 volte e il soggetto è asintomatico, mentre la malattia si manifesta quando l espansione di triplette è superiore ad un certo numero, per esempio 36, anche se l espansione può arrivare a 121. E un meccanismo comune a diverse patologie. Maggiore è il numero delle triplette espanse, più grave e precoce sarà la patologia. FENOMENO DI ANTICIPAZIONE DELLA MALATTIA: le patologie autosomiche dominanti sono trasmesse ai figli e nella trasmissione c è accumulo dell espansione di triplette, quindi nelle generazioni successive la malattia sarà sempre più precoce finché si manifesterà in età prefertile e si esaurirà. Questo fenomeno si manifesta per esempio nella Corea di Huntington. E una malattia autosomica dominante che compare soprattutto tra i 30 e i 50 anni, quindi quando il paziente ha già avuto figli (fino a quella età è asintomatico). Poi cominciano a manifestarsi movimenti coreici di tipo distale, a volte atetosici, sempre più invalidanti. C è un quadro depressivo

10 a volte reattivo o che può precedere l insorgenza dei sintomi (notevole percentuale di pazienti muore per suicidio); superata al fase depressiva il paziente và incontro a demenza progressiva e grave. Questa fase dura per anni.in fase terminale il paziente diventa cachettico perché in preda a continui movimenti involontari di tipo coreico che gli ostacolano l alimentazione e la deglutizione (il paziente può morire per polmonite ab ingestis a causa di discinesie durante la deglutizione) e questa continua attività muscolare determina un abnorme dispendio energetico. Non esiste terapia. E importante la consulenza genetica, cioè dimostrare che è presente la malattia e spiegare ai soggetti affetti di evitare di avere figli. Se c è depressione si utilizzano farmaci antidepressivi. Esiste un terapia sintomatica sulle discinesie coreiche usando neurolettici come ALLOPERIDOLO per bloccare le ipercinesie. Si è infatti visto che un aumento della dopamina provoca ipercinesie coreiche, per cui si è pensato di usare farmaci neurolettici che bloccano la dopamina, in modo da avere la regressione delle discinesie; sono da considerarsi farmaci sintomatici. Alla TC e RMN si osserva un allargamento dei ventricoli laterali (segno di un atrofia del caudato) ed un atrofia della corteccia frontale. Quindi in genere sono colpiti solo i neuroni GABAergici del caudato e della corteccia frontale. Domanda: come mai visto che la tripletta dell aminoacido glutammina è nella proteina ANTINTINA, che è ubiquitaria, si hanno danni solo a livello del caudato o della corteccia frontale? Risposta: La proteina Antintina và a precipitare nel nucleo delle cellule del caudato e della corteccia frontale con meccanismi di questo tipo: abbiamo la proteina Antintina che ha una conformazione ad alfa-elica, ma ad un certo punto assume una conformazione a foglietti-beta, si ripiega su sé stessa e forma quelli che si chiamano hairpin (forcine); questa zona della proteina diventa resistente al clever proteolitico, quindi non più digeribile, ed entra nel nucleo delle cellule dove si accumula ed induce apoptosi. ALZHEIMER Di questa patologia vediamo i meccanismi, la clinica sarà trattata un altra volta. QUADRO ANATOMO-PATOLOGICO - Rarefazione neuronale - I neuroni superstiti diventano scuri, perché hanno una degenerazione neurofibrillare con deposito di proteina TAU - Placche extracellulari chiamate placche senili che hanno un groviglio di neuriti distrofici ed una sostanza amiloide che si chiama così perché si colora come l amido - A volte c è la presenza di citochine e molecole infiammatorie. Domanda: come mai si deposita questa proteina sia nell Alzheimer Familiare che Sporadico? Risposta: la bamiloide (A) deriva da un precursore chiamato Amiloid Precursor Protein (APP); Ab è un frammento di 42 aminoacidi situato nella parte centrale di questa proteina APP che è ubiquitaria, quindi presente su tutte le cellule (neuroni, glia, piastrine, cellule linfocitarie, linfoblasti, ecc.) a cavallo della membrana cellulare, con il frammento C-terminale rivolto verso l interno della cellula ed il frammento NH2 all esterno. Normalmente esiste un clever di questa proteina, ad opera della ALFA SECRETASI che rompe la proteina APP in mezzo al frammento del Ab che quindi non si forma e non si può accumulare; contemporaneamente esiste un altra via che agisce tramite una BETA SECRETASI che stacca all inizio del segmento bamiloide. In entrambi i casi agisce sempre un altro enzima, la GAMMA-SECRETASI, che stacca sempre alla fine del frammento Ab. Se agisce una ALFA e una GAMMA SECRETASI abbiamo la formazione di un grosso frammento che si chiama aapps (frammento alfa solubile), un frammento P3 ed una parte C-terminale. Sr agiscono la BETA e la GAMMA SINTETASI abbiamo la formazione di

11 bamiloide (A), un frammento C-terminale e bapps (frammento beta solubile). Queste 2 vie coesistono in tutte le cellule, in Alzheimer c è qualcosa che fa sì che prevalga la via beta secretasica. Se agiscono BETA e GAMMA SECRETASI si forma il frammento Ab va a depositarsi nelle placche senili insieme ad APOE, un apolipoproteina che è presente anche nel plasma e che trasporta lipidi e colesterolo e può legare beta-amiloide; troviamo inoltre ubiquitina, a1antichimotripsina e le PRESENILINE 1 e 2 (causa di Alzheimer Familiare). La Presenilina 1 ed in parte la 2 hanno un attività gamma secretasica: la gamma secretasi è un complesso enzimatico e le preseniline ne fanno parte, ma non si sa ancora bene in che punto (subunità catalitica) o se regolano altre proteine, come ad esempio la NICASTRINA che fa parte di gamma secretasi. Domanda: perché vi è questo metabolismo anomalo dell amiloide che porta alla malattia? Risposta: esistono forme genetiche: 3 forme familiari: 2 sono legate alla mutazione della PRESENILINA 1 e 2 con funzione gamma secretasica, quindi abbiamo un enzima che funziona i più 1 legato alla mutazione di APP: se è mutato il precursore è più facile la formazione di Ab perché agiscono meglio alfa e gamma secretasi. Esiste un altra evidenza che riguarda APP : la malattia di Alzheimer compare inevitabilmente in soggetti che soffrono di Sindrome di Down (trisomia 21): il gene APP è infatti sul cromosoma 21, per cui aumenta il livello di APP. I pazienti nascono con un quadro di insufficienza mentale +/- grave a seconda che ci sia mosaicismo o una trisomia completa, riescono ad avere una vita normale, imparano a leggere ed a scrivere e verso i 40 anni hanno un decadimento cognitivo: studiando il loro cervello si è visto un accumulo di amiloide e di placche senili, evidenza del ruolo centrale dell amiloide in questa patologia. Esistono studi di polimorfismo: polimorfismo APOE e4: se esiste un allele e4, c è predisposizione alla malattia di Alzheimer e l insorgenza tende ad essere più precoce. e4 può essere presente in molte persone perché è una variante allelica normale, e non vuol dire che chi ha e4 avrà l Alzheimer, solo un rischio aumentato. a2 macroglobulina è una proteina infiammatoria che si trova nelle placche senili polimorfismi di particolari citochine: IL1a e IL1b polimorfismi di recettori per le lipoproteine LPR e VLDL-R che legano le apolipoproteine. polimorfismi di alcuni enzimi mitocondriali che ad esempio possono portare a deficit di citocromo ossidasi, che sono fattori di rischio per la malattia. MECCANISMI PATOGENETICI Sicuramente un malattia polimorfica, cioè legata a vari fattori. - Un ruolo centrale l ha l APP che dà luogo a Ab per esempio a causa di mutazioni genetiche delle preseniline o dell APP stesso. - Fattori di rischio ambientali che si accumulano con gli anni e fanno sì che una proteina precursore normale dia più facilmente Ab - Fattori di rischio genetici come ad esempio APOE facilitano la deposizione del frammento Ab nelle placche senili e condizionano la formazione di neurofibrilly tangle intraneuronale

12 Sia il reperto intracellulare sia extracellulare portano a una neurodegenerazione associata con la malattia: più è grave la malattia più abbiamo neurofibrillary tangles e placche senili. Meccanismi che concatenano l accumulo di amiloide e la morte cellulare: APP si accumula grazie a beta e gamma secretasi si forma Ab, che si accumula a cavallo della membrana. Ab può essere rilasciato all esterno oppure essere immagazzinato all interno della cellula dove attiva particolari enzimi, come le protein chinasi, che possono fosforilare la proteina t (TAU) che se è fosforilata in eccesso può dar luogo ai neurofibrillary tangles (grovigli neurofibrillari), i quali possono portare a morte cellulare. L iperfosforilazione della t può inoltre portare alla modificazione del metabolismo dell APP. Esistono alcune forme di demenza legate a primitive mutazioni della proteina t, per esempio la malattia di Pick. Ab non solo attiva le chinasi, ma può anche danneggiare i mitocondri dando luogo a stress ossidativo, che a sua volta dà eccitotossicità con accumulo di glutammato ed infine morte cellulare. Ab accumulata a livello extracellulare può dare luogo ad un quadro infiammatorio subdolo. Per riassumere ecco cosa può fare Ab a livello dei mitocondri e dello stress ossidativo: - Ridotta funzione di alcuni enzimi mitocondriali: citocromo ossidasi, creatinchinasi, NADH deidrogenasi, piruvato DH e achetoglutarato DH - Alterazioni della struttura del mitocondrio: accumulo di Ab nei mitocondri porta alla formazione di permeability transition pores da cui può fuoriuscire la citocromo ossidasi ed innescare le vie di apoptosi. Ci può essere un rigonfiamento dei mitocondri. - Accumulo di sostanze che inducono uno stress ossidativo come perossidi lipidici, ossidazione di proteine e danno ossidativo soprattutto del Dna mitocondriale che è più suscettibile perché non è protetto dagli istoni e perché nei mitocondri non esistono enzimi che riparano il Dna danneggiato. - Caduta dei sistemi antiossidanti della cellula: diminuisce glutatione perossidasi, bcarotene, vitamina C, vitamina E, SOD. Tutti questi danni a livello dei mitocondri portano all inattivazione dei trasportatori del glutammato che si accumula; questo provoca l eccessiva attivazione dei recettori NMDA che provocano l accumulo di ione calcio e quindi l innesco della via apoptotica. Poiché tutti questi eventi avvengono progressivamente e nel corso di anni, si può fare una catena di eventi: - Overproduzione, diminuita clearence, aggregazione di Ab42 - Deposito di aggregati di Ab42 come placche diffuse - Aggregazione di Ab40 sulle placche diffuse di Ab42 - Risposta infiammatoria: attivazione microglia e rilascio di citochine - Progressivo danno nevritico all interno delle placche di amiloide, interruzione dell omeostasi del metabolismo neuronale, danno ossidativo - Alterata attività di chinasi e fosfatasi, iperfosforilazione proteina t e formazione di tangle. - Diffusa disfunzione neuronale e morte nell ippocampo e nella corteccia, con progressivo deficit di neurotrasmissione - Demenza Schema generale di progressione della demenza:

13 Si può ipotizzare che ci sia fisiologicamente una perdita di cellule nervose con gli anni e che compaia demenza quando oltre una certa soglia di perdita neuronale si verifica un venir meno delle capacità cognitive, che possono variare anche a seconda della cultura e del tipo di vita del soggetto. Questo processo fisiologico può essere alterato da fattori di rischio e fattori ambientali che portano ad accumulo di mutazioni mitocondriali, danno ossidativo, fenomeni infiammatori che facilitano la morte neuronale; alcuni fattori genetici hanno un peso sempre maggiore (esempio per la Sindrome di Down). TERAPIA Conoscendo questi meccanismi si può intervenire con alcune strategie terapeutiche: - La terapia attualmente utilizzata nell Alzheimer consiste in un farmaco sintomatico, cioè un INIBITORE DELL ACETILCOLINA ESTERASI,che innalza i livelli di acetilcolina e quindi migliora la memoria e riduce il declino cognitivo. Potrebbe essere che un accumulo di amiloide possa portare a degenerazione colinergica, quindi a deficit di acetilcolina. L acetilcolina, legandosi a recettori muscarinici, può modificare il metabolismo dell APP. - Sono allo studio antagonisti di aminoacidi eccitatori, ad esempio MEMANTINA (antagonista recettore MPA), che porta a rallentamento del deficit cognitivo. - VITAMINA E ad alte dosi riduce l incidenza di malattia di Alzheimer - VITAMINA C è un antiossidante - Sono state trovate tecniche particolari di vaccinazione nell animale: si immunizza l animale e questo produce anticorpi contro l amiloide che riescono a passare la barriera ematoencefalica ed eliminano l amiloide che si è accumulato. E stato iniziato un trial terapeutico su una trentina di pazienti che però è stato interrotto perché in alcuni pazienti si sviluppava un quadro di encefalite anche mortale. - Interagire con gli enzimi che portano ad accumulo di amiloide (quindi beta e gamma secretasi) oppure facilitare alfa secretasi.

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