Demenze rare e secondarie. Maria Anfossi

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1 Demenze rare e secondarie Maria Anfossi

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3 Malattia di Gaucher (MG) La Malattia di Gaucher (MG) è una delle più comuni malattie da accumulo lisosomiale, causata dalla carenza congenita dell enzima lisosomiale β- glucocerebrosidasi (GCase), che determina un accumulo di un particolare glicosfingolipide, il glucosilceramide, all interno dei lisosomi di una varietà di cellule come macrofagi e neuroni Sebbene la MG sia un disordine legato a mutazioni di un singolo gene, le manifestazioni cliniche sono estremamente variabili e lo spettro della malattia correla almeno in parte con l attività residua dell enzima. Infatti si va da forme totalmente asintomatiche (evidenziabili solo con il dosaggio enzimatico e/o l analisi del DNA) a forme moderate dove vi è abbastanza attività residua dell enzima per prevenire l accumulo di glucosilceramide in tutti i tipi di cellule esclusi i macrofagi. Questi macrofagi, carichi di lipidi prendono il nome di cellule di Gaucher, infiltrano il fegato, la milza e il midollo osseo, e i pazienti presentano organomegalia; fino ad arrivare a forme neonatali letali dove l accumulo di glucosilceramide interessa diversi tipi cellullari inclusi i neuroni e porta rapidamente ad una malattia neurodegenerativa fetale. Con un incidenza di 1: la malattia di Gaucher colpisce oggi in Italia circa 220 individui.

4 La MG è divisa in 3 tipi basandosi sulla presenza o assenza e sulla velocità di progressione delle manifestazioni neurologiche (Sidransky, 2004) Tipo 1 Tipo 3 Manifestazioni neurologiche Tipo 2 Asintomatico Malattia scheletrica Malattia viscerale 2º coinvolgimento neurologico Manifestazioni parkinsoniane Idrocefalo, calcificazioni delle valvole cardiache Idrope fetale Ittiosi congenita Degenerazione neurologica progressiva Epilessia mioclonica Movimenti oculari rallentati Un sintomo neurologico descritto frequentemente nella MG è il parkinsonismo con esordio precoce prima dei 50 anni accompagnato da sintomi cognitivi quali la demenza (Sidransky et al.,2009)

5 I TRE TIPI DI GAUCHER In base alla sintomatologia clinica, al tempo di comparsa dei sintomi, al coinvolgimento neurologico e alle aspettative di vita si distinguono differenti fenotipi della MG Tipo I: non neuropatico, contraddistinta da una estrema variabilità sia nell'età di insorgenza che nelle manifestazioni cliniche. Tipo II: acuto neuropatico, caratterizzato da una grave sintomatologia neurologica ad insorgenza entro il 1 anno di vita e rapidamente progressiva Tipo III: neuropatica cronica con eterogeneità nell insorgenza, nel tipo di sintomi e nell andamento clinico.

6 Epidemiologia Varia seconda del paese e della tipologia: Tipo I, ha un'incidenza di 1 su (media mondiale) più diffusa fra gli ebrei Ashkenazi (incidenza da 1 su 450 a 1 su 1500); Tipo II, incidenza di 1 su ; Tipo III, incidenza di 1 su

7 Malattia di Gaucher tipo 3 MG3 presenta un onset che va dalla prima infanzia alla quarta-quinta decade di vita. Molto più rara della MG tipo 1 (5% dei pazienti Gaucher; un altro 1% dei pazienti presenta la ancora più rara forma MG2, acuta) Alcuni autori propongono una suddivisione della MG tipo 3 in 3 varianti : tipo IIIA: caratterizzata da manifestazioni neurologiche progressive quali anomalie dei movimenti oculari, atassia cerebellare, spasticità, mioclonie e demenza; sono presenti in misura variabile il coinvolgimento viscerale (epatosplenomegalia), alterazioni ematologiche e le lesioni ossee tipo IIIB: caratterizzata da paralisi sopranucleare dello sguardo orizzontale (inizialmente) ad esordio giovanile; in questa variante il coinvolgimento neurologico è meno severo e con una progressione più lenta, mentre il coinvolgimento viscerale è più pronunciato tipo IIIC: caratterizzata da calcificazioni delle valvole cardiache e sintomi neurologici e viscerali più attenuati rispetto alle altre due varianti (Beutler et al.,2001; Grawboski, 2008)

8 Dal punto di vista genetico La MG è ereditaria AUTOSOMICA RECESSIVA, causata da mutazioni in omozigosi o eterozigosi composte nel gene glucocerebrosidasi (GBA1, OMIM ) (Brady et al., 1966). Il gene GBA1 si trova sul cromosoma 1(1q21) ed è costituito da 11 esoni, codifica per una idrolasi acida glucocerebrosidasi (GCase) : proteina monomerica composta da 497 amminoacidi. A valle del GBA è presente uno pseudogene altamente omologo (96%) (Winfield et al., 1997). La presenza dello pseudogene altamente omologo aumenta la frequenza di riarrangiamenti cromosomali e di allineamenti non corretti, processi che portano alla formazioni di alleli ricombinanti osservati nella MG tipo II Studi in vitro della proteina evidenziano la presenza di due ATG (codone di start) entrambi utilizzati per l inizio della traduzione ed entrambi i siti possono produrre forme funzionali dell enzima Questa particolare struttura del gene complica l analisi molecolare anche se la differenza nella struttura dei due geni permette lo sviluppo di strategie metodologiche che garantiscono di lavorare su sequenze del gene attivo.

9 Ad oggi, diverse mutazioni sono state identificate nel gene GBA: mutazioni puntiformi, frameshift, alterazioni splice-site, alleli ricombinanti (Hruska et al., 2008). Tutte le mutazioni causano l assenza totale o parziale di attività enzimatica della proteina GlucoCerebrosidasi (GCase) ciò comporta l accumulo di glucosilceramide in vari organi I principali organi colpiti sono fegato, milza, midollo osseo, ossa e il sistema nervoso centrale Studi osservano che il danno neurologico potrebbe essere dovuto ad una perdita di neuroni a carico dei nuclei della base e del ponte nonché l infiltrazione delle cellule di Gaucher nello spaziovirchow-robin (Campbellet al., 2003)

10 Meccanismo d azione della β-glucocerebrosidasi in condizioni normali e nella MG La glucocerebrosidasi (GCase) idrolizza il legame β- glucosil di glucosilceramide in glucosio e ceramide. La glucocerebrosidasi (GCase) è smistato attraverso il reticolo endoplasmatico (RE) e Golgi ai lisosomi. Nei lisosomi, GCase interagisce con il suo substrato glucocerebroside (GC) dando luogo a ceramide e glucosio. Lo smistamento di GCase dal RE ai lisosomi necessita di un legante: proteina-2 lisosomiale integrale di membrana Limp-2 (Reczek etal., 2007; Jovic etal., 2012). Inoltre GCase richiede la presenza di un coenzima Saposin C(la cui carenza può raramente può dar luogo a MG) (Grabowski, 2008) = glucosilceramide = ceramide Lisosoma normale Lisosoma nella MG = glucosio

11 Il classico marker cellulare della malattia sono le cellule di Gaucher macrofagi (cellule monocitarie) infarciti di glucosilceramide non completamente degradato nei lisosomi. All ingrandimento i macrofagi si presentano con un citoplasma di tipo fibrillare (aspetto a carta crespa ) e con il nucleo spostato in modo anomalo. Essi sono presenti fegato, milza e midollo osseo, con coincidente organomegalia. (Lechmann et al.,2004; Sidrasky et al., 2012) Cellula normale Cellula di Gaucher

12 Correlazione genotipo-fenotipo nella MG Sebbene il genotipo GBA giochi un ruolo nel determinare il tipo di MG, le correlazioni genotipo fenotipo non sono assolute in quanto esiste un enorme variabilità clinica tra i pazienti con lo stesso o diverso genotipo, inclusi i fratelli ed i gemelli stesso genotipo diverse manifestazioni cliniche differenti genotipi possono presentare manifestazioni cliniche simili (Sidransky et al., 2004) Nonostante la mancanza di conclusioni univoche, le correlazioni genotipo/fenotipo offrono in molti casi informazioni sufficienti e preziose per facilitare la consulenza genetica ai pazienti e ai loro familiari. Dati di letteratura osservano che molto probabilmente le correlazioni genotipo-fenotipo sono difficili da fare per della mancata correlazione tra la quantità di substrato (glucosilceramide) accumulato o/e l attività residua dell enzima glucocerebrosidase e le manifestazioni cliniche, ciò suggerisce che fattori addizionali possono influenzare il fenotipo come epigenetica e fattori modulatori

13 Ad oggi nel gene GBA1 sono state identificate 300 mutazioni, ma le più comuni sono quattro: N370S L444P 84GG IVS2+1 Nonostante la grande variabilità fenotipica, alcuni alleli come N370S el444p possono dare informazioni sulla gravità e sulla possibile evoluzione sono predittivi di alcuni aspetti clinici: N370S fenotipo clinico meno severo sembrerebbe non associata alle manifestazioni neurologiche L444P fenotipo clinico grave caratterizzato da segni e sintomi neurologici

14 Distribuzione dei genotipi negli individui affetti e correlazione con il fenotipo Mutationi % di individui affetti N370S/N370S 29% MG tipo I N370S/? 20% MG tipo I e III N370S/L444P 16% MG tipo I e III N370S/84GG 12% MG tipo I e III L444P/L444P 6% MG tipo II e III L444P/? 3% MG tipo III N370S/IVS2+1 3% MG tipo III L444P/ricombinante? MG tipo II Ricombinante/ ricombinante? MG tipo II D409H/D409H? MG tipo IIIc D409H/H255Q? MG tipo II Molte mutazioni GBA sono state ritrovate associate a più di in tipo di MG (Sindransky et al., 2004). MG tipo I è associata all allele N370S che può dare un fenotipo da asintomatico a severo, inoltre associata ad altri alleli può dare cinvolgimento neurologico (Goker-Alpan et al., 2005) MG tipo II è stata prevalente associato ad alleli ricombinanti ed alleli rari (Stone et al.,2006) MG tipo III è spesso associato con l allele L444P in omozigosi o con altri alleli più rari (Kowarz et al., 2005)

15 Gaucher e Parkinsons : un link inaspettato (1) Molto si discute sull associazione tra stato di eterozigosi per una malattia e rischio di ricorrenza di altre malattie. Associazione tra gli eterozigote per mutazioni nel gene GBA e alcune sinucleinopatie Associazione tra la MG tipo I (forma non neuropatica) e Malattia di Parkinson Infatti è stata dimostrata un aumentata frequenza di malattia di Parkinson e demenza a corpi di Lewy tra i parenti sani dei pazienti affetti da malattia di Gaucher (soprattutto per la MG tipo I) (Nalls et al.,2013), Inoltre in alcuni pazienti con MG tipo I si evidenzia una predisposizione allo sviluppo del morbo di Parkinson (Goker-Alpan et al., 2004)

16 Gaucher e Parkinsons : un link inaspettato (2) Ruolo centrale in questa associazione è rappresentato α-sinucleina α-sinucleina è la componente principale dei corpi di Lewy, cioè degli aggregati proteici riscontrati all interno dei neuroni dopaminergici dei malati di Parkinson Un meccanismo proposto per spiegare questa associazione è che difetti genetici nella glucocerebrosidasi (GCase) possano in qualche modi interferire con la clearance o promuovere l'aggregazione di α-sinucleina. A. In condizioni normali GCase wt interagisce con α-sinucleina facilitandone la degradazione B. GCase mt, α-sinucleina rimane nella forma monomerica e altri processi sono attivi per la sua degradazione C. GCase mt la cellula è incapace di degradare α- sinucleina: accumulo di forme oligomeriche di α- sinucleina morte neuronale

17 Ipotetica relazione tra glucocerebrosidase e α-sinucleina 1 e 2) glucocerebrosidasi (GCase) è smistato attraverso il reticolo endoplasmatico e Golgi ai lisosomi. 3) Nei lisosomi, glucocerebrosidasi interagisce con il suo substrato glucosilceramide (GC) e monomeri di α-sinucleina. 4a) La diminuzione dei livelli di glucocerebrosidasi si tradurrà in un rallentamento del degrado α-sinucleina e un accumulo graduale di substrato glucosilceramide che accellera e stabilizza la formazione di oligomeri di α-sinucleina che aloro volta si aggregano in fibrille 4b) lisosomi danneggiati, a seguito di accumulo di substrato e/o oligomeri e fibrille α-sinucleina, mostreranno alterata autofagia e la fusione autofagosoma, il che implica che α-sinucleina non può essere degradata all interno del lisosoma, con conseguente accumulo di α-sinucleina nel citoplasma. 5) L accumulo di monomeri solubili α-sinucleina finirà per assemblare in oligomeri che a sua volta bloccheranno il traffico di glucocerebrosidasi dal reticolo endoplasmatico (ER) all apparato di Golgi. ECE = ambiente extracellulare; CM = membrana cellulare; SAPC = saposin C.

18 GCase mutata compromette la funzionalità deli lisosomi rendendo la cellula inabile a degradare α-sinucleina, che si accumulerà sotto forma di oligomeri conducendo a morte neuronale e sviluppo di parkinsonismo (Sidransky and Lopez, 2014)

19 Algoritmo diagnostico nella malattia di Gaucher

20 perché il neurologo Le manifestazioni neurologiche in età giovanile (20 anni) all esordio della MG tipo I e III sono in effetti rare; Diventano però assai più frequenti nel corso del follow up: fino al 36% dei soggetti con meno di 50 anni. Si riconoscono almeno tre scenari che vanno tenuti distinti per meccanismi patologici, prognosi e approccio terapeutico, 1. Il primo scenario, il più comune, è quello delle complicanze neurologiche secondarie alla patologia osteovertebrale e/o ematologica 2. Il secondo scenario è quello della MG tipo 3, la forma neuropatica, i pazienti possono presentare aprassia oculomotoria, epilessia, e nelle forme più severe atassia e deterioramento cognitivo 3. Il terzo scenario, è quello della MG tipo I: i pazienti tardivamente sviluppano un Parkinson Il neurologo può aiutare in ogni singolo caso a capire il perchè dell interessamento del sistema nervoso, e a indirizzare il trattamento

21 Conclusioni (1) E 'diventato sempre più chiaro che "semplici" disturbi recessivi forniscono un informazioni importanti sulla complessità di malattie comuni. Per anni, la ricerca sulla malattia di Gaucher, una malattia ereditaria rara da deficit di glucosilcerebrosidasi lisosomiale, si è focalizzata sulla sua patologia cellulare e sulla genetica. La ricerca clinica ha dimostrato che la malattia di Gaucher si manifesta con un'ampia variabilità clinica tipico di molte malattie metaboliche, che vanno dalla letalità neonatale a ottuagenari asintomatici. Questo spettro clinico ora si sovrappone con diversi disturbi tra cui il morbo di Parkinson, demenza a corpo di Lewy, e altre manifestazioni neurologiche progressive quali anomalie dei movimenti oculari, atassia cerebellare, spasticità, mioclonie e demenza. Indagare i fattori che contribuiscono all eterogeneità di un unico disturbo causato da mutazioni su un solo gene può avere un impatto diretto sugli studi di fisiopatologia e per la progettazione di nuovi approcci terapeutici per malattie neurologiche più comuni e complesse.

22 Conclusioni(2) Pertanto, l'analisi dettagliata degli aspetti della malattia di Gaucher ha fornito spunti non solo per questo disturbo mendeliano, ma ha aiutato a comprendere cosa succede in malattie più comuni. E quello che in breve vi ho raccontato nell associazione tra Gaucher e Parkinson. E probabile che chi si occupa quotidianamente di Parkinson, comincerà a interessarsi sempre di più alla Malattia di Gaucher. Tra ciò che è raro e ciò che è comune, ci sono più steccati nella nostra testa che in natura

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