Journal Club - Univa Calabria

Demenze rare e secondarie
Maria Anfossi
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 βglucocerebrosidasi (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: 100.000 la malattia di Gaucher colpisce oggi in Italia circa 220
individui.
La MG è divisa in 3 tipi basandosi sulla presenza o assenza e sulla velocità
di progressione delle manifestazioni neurologiche (Sidransky, 2004)
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 1
Manifestazioni neurologiche
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)
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.
Epidemiologia
Varia seconda del paese e della tipologia:

Tipo I, ha un'incidenza di 1 su 40.000-60.000 (media mondiale)
più diffusa fra gli ebrei Ashkenazi (incidenza da 1 su 450 a 1 su
1500);

Tipo II, incidenza di 1 su 100.000;

Tipo III, incidenza di 1 su 50.000 -100.000
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)
Dal punto di vista genetico
La MG è ereditaria AUTOSOMICA RECESSIVA, causata da mutazioni in omozigosi o
eterozigosi composte nel gene glucocerebrosidasi (GBA1, OMIM 606463) (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.
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)
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
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
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
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
Distribuzione dei genotipi negli individui affetti e correlazione con il fenotipo
Mutationi
% di individui affetti
N370S/N370S
29%
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
?
Ricombinante/ ricombinante
?
MG tipo II
D409H/D409H
?
MG tipo IIIc
D409H/H255Q
?
MG tipo II
MG tipo I
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)
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)
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 αsinucleina: accumulo di
forme oligomeriche di αsinucleina morte
neuronale
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.
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)
Algoritmo diagnostico nella malattia di Gaucher
…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
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.
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