Focus sulla SLA Caserta 11-12/05/2012 La Patogenesi della SLA

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1 Focus sulla SLA Caserta 11-12/05/2012 La Patogenesi della SLA Dott.ssa Anna Cristillo Specialista in Neurologia e Psichiatria Coord. Area Ass. Riabilitativa ex ASL CE/2 Responsabile U.O.A.R. Ds. 21 ASL CE

2 DEFINIZIONE La SLA è una malattia neurodegenerativa caratterizzata da una progressiva paralisi della muscolatura secondaria ad una degenerazione Selettiva dei motoneuroni nella zona motoria principale della corteccia ( I Neurone di Moto ), nel Bulbo o Midollo Allungato del Tronco encefalico e nel Midollo Spinale ( II Neurone di Moto ).

3 SLA / Malattia del motoneurone

4 SLA Degenerazione selettiva Solo sistema motorio Soli motoneuroni

5 Sclerosi laterale amiotrofica Degenerazione motoneurale ad andamento progressivo esito fatale Incidenza 2,5/ abitanti In Italia si hanno 3 nuovi casi al giorno attualmente si contano circa ammalati Durata media di malattia 3 6 anni Esordio dopo i 20 anni, con picco tra 50 e 70 anni, in entrambi i sessi con lieve prevalenza nel sesso maschile.

6 FORME DI SLA SLA SPORADICA : % SLA FAMILIARE : 5-10 % (prevalentemente a trasmissione A. D.) SLA ISOLA DI GUAM : Alta incidenza, negli anni 50, di casi di SLA associata a demenza e Parkinson

7 Patogenesi oltre un secolo di storia ma l eziologia è ancora sconosciuta - Predisposizione genetica - Eccesso di Glutammato - Fattori tossico-ambientali - Virus lenti (HIV-enterovirus) - Carenza di fattori neurotrofici - Eccesso di anticorpi - Stress ossidativo e radicali liberi - Disfunzioni mitocondriali - Infiammazioni - Apoptosi - Autoimmunità Numerose ipotesi (Alluminio-mercurio, piombo, pesticidi agricoli, etc.)

8 eziopatogenesi Frammenti di certezze nelle forme ereditarie: 1993, mutazioni nel gene che produce l enzima superossido dismutasi Cu/Zn, nota anche come SOD 1 sul 21q22 nel 20% dei casi di SLA familiare e nel 2% delle forme sporadiche Questo enzima è un potente antiossidante perchè riduce il livello dello ione superossido, un radicale libero tossico del metabolismo ossidativo cellulare

9 SOD 1 L enzima svolge una funzione protettiva nei confronti della cellula liberandola dai radicali liberi.

10 SOD 1 SOD 1 è presente nel citoplasma di tutte le cellule dell organismo; se mutata questa proteina enzimatica- sembra acquisire proprietà tossiche selettivamente sui motoneuroni.

11 SOD 1 : proteina tossica La Biologia Molecolare documenta oltre 100 mutazioni dello stesso gene, tutte associate ad un fenotipo neuropatologico simile. La mutazione puntiforme di questo gene solo in alcuni casi porta ad una riduzione dell attività di questo enzima. Questo dimostra che la citotossicità nella SOD 1 mutata è mediata non da una perdita di funzione dell enzima ma dall acquisizione di proprietà tossiche della proteina mutata.

12 SOD 1 Mutata e Cromogranina La SOD 1 mutata ma non quella normale lega la cromogranina nelle vescicole secretorie e il suo rilascio sembra essere responsabile della microgliosi e della successiva morte della cellula motoneuronale. La cromogranina promuove la secrezione dei mutanti della SOD1 a livello extracellulare e questa avvierebbe la microgliosi e la necrosi neuronica.

13 Il ruolo degli aggregati proteici nella SLA Un altro lavoro dimostra che SOD1 senza Cu e Zn (ioni metallici) hanno tendenza a formare aggregati polipeptidici tossici per i Motoneuroni. Gli aggregati proteici rappresentano una caratteristica della SLA sporadica e familiare. Si ipotizza che aggregati di SOD1 mutata possono svolgere un ruolo nell interruzione delle funzioni cellulari, danneggiando mitocondri, proteasomi e altre proteine

14 mutsod1 Alterata conformazione che diviene instabile Alterata catalisi del rame che porta ad aberrante perossidazione Formazione di nitrotirosina Formazione di aggregati di SOD tossici Formazione di strutture poro-like che alterano la permeabilità di membrana Conseguenze Cellulari Alti livelli di mutsod1 portano a stress ossidativo Sensibilità alla tossicità da glutammato Ca intracellulare e mitocondriale

15 NUOVI GENI NEL COMPLESSO PUZZLE DELLA SLA SLA 2 : Esordio giovanile, a trasmissione A.R. Il gene, situato nel cromosoma 2 codifica per una proteina Alsina coinvolta nell organizzazione del citoscheletro o probabilmente coinvolta nella regolazione della GTPasi SLA 3 SLA 4 SLA 5 SLA 6 SLA 7 SLA 8

16 Nuovi Geni nella storia della SLA FUS TDP43 VCP OPTN C90RF72 (38 % dei casi familiari) (20% dei casi sporadici) Gene Ubiquilina 2

17 Contributo dei fattori genetici nella SLA È indubbio il contributo dei fattori genetici nella SLA. Le alterazioni genetiche, sommate tra loro, sono evidenziabili in quasi il % delle forme familiari e nel 10 % dei pazienti affetti da SLA sporadica.

18 Polimorfismi genetici In studio vari polimorfismi genetici che potrebbero predisporre un individuo a sviluppare la malattia, in presenza di esposizioni ad altri fattori tossici.

19 Cause della SLA non ereditaria PATOGENESI 1. Eccitotossicità del glutammato 2. Alterazioni biochimiche e stress ossidativo (modello SOD1) 3. Disfunzione mitocondriale 4. Alterazione del trasporto assonale 5. Protein misfolding e aggregazione 6. Neuroinfiammazione 7. Neutrofismo insufficiente / fattori di segnalazione di crescita 8. Alterazione astrocitaria e cellule non-mn 9. Apoptosi

20 DANNO ECCITOTOSSICO Il Glutammato è N.T. eccitatorio - dei motoneuroni delle vie Piramidali Eccesso di Glutammato stimolazione eccitotossica Cause Dell Aumento di Glutammato 1. Ridotta attività di GLT1 gliale Riduzione del Reuptake di Glutammato 2. Ridotta quantità di GLT1 gliale extracellulare nella corteccia motoria e nel midollo 3. Iperattività Neuronale Aumentato rilascio di Glutammato Recenti studi indicano che nei motoneuroni c è un difetto della sub-unità Glu-R 2 dei recettori AMPA con maggiore flusso di Calcio intracellulare. Tale condizione, insieme ad un difetto delle proteine tamponanti il Ca intracellulare (Calbindina) sarebbe responsabile del Danno eccitotossico del Motoneurone stesso. Il Glutammato potrebbe produrre una degenerazione neuronale incrementando l espressione della proteina TAU e quindi l aggregazione proteica intracellulare.

21 EVIDENZE INDIRETTE GLT1 sono ridotti nell encefalo e nel mesencefalo dei pazienti SLA. Il Glutammato è ridotto nelle Corna anteriori e nel tratto laterale del mesencefalo. Il Glutammato è aumentato nel plasma e nel liquor di pazienti SLA.

22 AZIONI TOSSICHE DEL GLUTAMMATO Attivazione Recettoriale eccessiva o prolungata con incremento del Calcio intracellulare, attraverso i canali del Calcio, con conseguente Apoptosi Attivazione della Aggregazione Proteica intraneurale

23 STRESS OSSIDATIVO In condizioni fisiologiche normali la bilancia ossidativa è in equilibrio, cioè esiste un rapporto bilanciato tra produzione endogena di specie ossidanti e loro neutralizzazione da parte di meccanismi antiossidanti dell organismo

24 STRESS OSSIDATIVO Espressione biologica di un danno che si verifica quando i fattori ossidanti (farmaci, sostanze tossiche, radiazioni, stati infiammatori, attività fisica esacerbata) superano le difese antiossidanti (SOD catalasi perossidasi coenzima Q10 varie vitamine ecc.).

25 Stress Ossidativo e Radicali liberi I neuroni consumano il 20% dell Ossigeno utilizzato dall intero corpo. L intenso Metabolismo Ossidativo produce grandi quantità di Specie Chimiche Ossidanti (OCS) che hanno la proprietà di reagire facilmente con altre specie chimiche. Es. : OCS : - Anione superossido O 2 o- (Radicale) - Perossido di Idrogeno H 2 O 2 (Non Radicale)

26 Effetti dei Radicali Liberi sulle Proteine sui Carboidrati sugli Acidi Nucleici

27 SLA : malattia conformazionale? Gli ultimi studi di Biologia Molecolare indicano che, nella patogenesi della SLA, svolgono un ruolo importante gli aggregati proteici intra/extracellulari prodotti di disfunzioni nei meccanismi di recupero o smaltimento di proteine e/o peptidi misfolded. Studi evidenziano che le proteine misfolded sono citotossiche e avviano la degenerazione dei neuroni e delle cellule gliali.

28 Sistema U P R Peptidi e proteine anomale nel Reticolo Endoplasmatico attivano il sistema UPR (Unfolded Protein Response). Le vie molecolari attivate favoriscono l eliminazione delle proteine anomale e producono molecole con funzione di chaperones (chaperonine : proteine dello stress) per prevenire l aggregazione proteica e favorire la corretta conformazione delle proteine. Il meccanismo UPR coinvolge anche la via MAP Kinasi : un alterazione di tale sistema porterebbe all accumulo di proteine aggregate nell interno dei neuroni, con secondaria degenerazione.

29 SLA : questione di pulizia cellulare? Nei motoneuroni di pazienti con SLA sono presenti proteine con struttura anomala, il cui accumulo può provocare malfunzionamento e morte cellulare. In condizioni normali, le cellule controllano in modo molto accurato qualsiasi proteina prodotta, regolando la demolizione di quelle alterate, tramite vie metaboliche specializzate. Una di queste vie è quella del Proteasoma, un sistema enzimatico capace di digerire le proteine da eliminare, rendendole innocue. All interno del proteasoma si ha l Ubiquitinazione delle proteine che devono essere degradate. Studi recenti indicano un difetto nell attività del Proteasoma e un alterazione dei meccanismi di ubiquitinazione delle proteine.

30 SLA : questione di riciclo delle proteine? Recenti studi sono focalizzati sulla proteina Ubiquilina 2, coinvolta nel riciclo delle proteine danneggiate o mal ripiegate. In condizioni normali, la Ubiquilina 2 dovrebbe trasportare all esterno dei neuroni le proteine anomale per essere ri-processate. Nella SLA, la specifica funzione di riciclaggio è alterata con conseguente accumulo di proteine citotossiche nell interno dei neuroni.

31 STRESS OSSIDATIVO Dai radicali liberi alla morte motoneuronale L analisi dei dati esistenti conferma che l etiopatogenesi sia riconducibile allo stress ossidativo INFIAMMAZIONE ISCHEMIA FARMACI E RADIAZIONI RADICALI LIBERI DELL OSSIGENO Aumento di proteine misfolded o diminuita degradazione Accumulo intraneuronale di aggregati proteici Degenerazione neuronale

32 SLA : Malattia Multifattoriale La SLA è considerata una malattia multifattoriale che prevede una cascata comune di eventi che portano alla degenerazione dei motoneuroni forse quando vi sia l associazione di una varietà di stimoli extracellulari tra cui : la tossicità SOD1 mutata, lo stress ossidativo, l eccitotossicità, i processi infiammatori, traumi, ecc.

33 SLA, TRUMI ED ATTIVITÁ SPORTIVA Studio su Neuroepidemiology nel 1999, condotto su calciatori che avevano giocato tra il 1960 e il 1996, la SLA è 20 volte superiore a quella della popolazione in generale. In Italia, l incidenza di SLA è 5 volte più alta nei calciatori rispetto alla popolazione generale.

34 Microtraumi/tossicità/. Concause?? Traumi?? La forza con cui il pallone impatta sul cranio è di circa Newton, essa si distribuisce prontamente anche sul collo e sul tronco. È stato dimostrato, in seguito a traumi anche di lieve entità, un incremento nel plasma e nel liquor, di una proteina (1 100 Betaproteina), indice di sofferenza delle cellule nervose. Per molti mesi tale proteina è elevata e nel frattempo un eventuale secondo trauma provoca un danno più grave del primo (micro-traumatismi cumulativi). Ancora scarse le evidenze scientifiche del ruolo del Neurotrauma nella Genesi della SLA. I pugili ricevono pugni sulla faccia che hanno una forza molto più elevata (fino a 6300 Newton) e che viene quasi del tutto assorbita dalla testa e dal cervello. demenza pugilistica.

35 Perché il calcio rappresenta una disciplina sportiva a rischio di SLA? Ipotesi : traumi ripetuti Doping esposizione a tossici ambientali erbicidi utilizzo prolungato di antinfiammatori (inibizione permanente delle cellule gliali) eccesso di attività fisica ( > radicali liberi ) utilizzo di Pro-ossidanti.

36 SLA e Guerra del Golfo Di recente è stato segnalato un eccesso significativo di casi di SLA fra militari impegnati nella Guerra del Golfo : tuttavia non sono chiarite le correlazioni patogenetiche. Ipotesi tossiche : repellenti per insetti? Organofosforici? Uranio impoverito? Piombo?

37 CONCLUSIONI Le evidenze attuali indicano che la SLA è una Malattia Multifattoriale. Gli Eventi patogenetici agirebbero molto prima della comparsa clinica della malattia e sarebbero favoriti da un terreno genetico predisponente. All attacco da parte di questi Agenti seguirebbe un processo a cascata, con diffusione della lesione all interno della cellula e poi alle cellule contigue, con attivazione dei meccanismi di morte neuronale.