Due nuove mutazioni nella SLA e loro
meccanismo
GIOVANNI
ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 09 dicembre
2023.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie
o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui
argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Un nuovo importante capitolo dello studio dei
meccanismi patogenetici della sclerosi laterale amiotrofica (SLA)[1] è costituito
dall’analisi delle mutazioni del gene dell’enzima D-aminoacido ossidasi (DAO),
che sono state individuate in persone affette. La DAO è in grado di modulare la
neurotrasmissione controllando i livelli dell’aminoacido D-serina, che agisce
da co-agonista dei recettori del glutammato NMDA (N-metil-D-aspartato).
Alcuni studi recenti hanno dedotto un meccanismo patogenico della SLA dalla
mutazione R199W nel gene della DAO.
Shumaiyla Khan e
colleghi hanno identificato due nuove mutazioni nel gene DAO di pazienti
affetti da SLA, R38H e Q201R; i ricercatori riportano, nello stesso studio,
nuove acquisizioni correlate alla mutazione R199W.
(Khan
S. et al., Structural and mechanistic insights into ALS patient derived
mutations in D-amino acid oxidase. International Journal of Biological Macromolecules – Epub ahead of print doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.128403, 2023).
La provenienza degli autori è la seguente: Kusuma
School of Biological Sciences, Indian Institute of Technology, New Delhi (India);
Indian Council of Medical Research, New Delhi (India); Macromolecular
Crystallography Section, Beamline Development & Application Section, Bhabha
Atomic Research Center, Trombay, Mumbai (India).
Di passaggio
si ricorda che fin dal 2010 si conoscono meccanismi comuni a forme sporadiche e
familiari[2], ma qui di seguito si riporta una sintesi
introduttiva alla SLA, particolarmente focalizzata sulle forme ad eziologia
genetica con ricorrenza familiare e tratta da un nostro articolo precedente:
“La
sclerosi laterale amiotrofica (SLA o ALS nell’acronimo inglese), descritta per la prima volta dal neurologo francese Jean-Martin Charcot
nel 1869, è la forma più comune di malattia
del motoneurone dell’età adulta, che evolve rapidamente in pochi anni dall’insorgenza
di sintomi quali debolezza ingravescente degli arti, atrofia muscolare e
spasticità. L’atrofia e la paralisi muscolare sono la conseguenza della
degenerazione dei motoneuroni del midollo spinale e del
tronco encefalico, la cui distruzione priva di tono, trofismo e riflessi i muscoli,
compromettendo progressivamente le abilità motorie degli arti, la
fonoarticolazione e la respirazione. La spasticità, che complica ed aggrava il
quadro, è conseguenza della perdita dei neuroni motori della corteccia cerebrale.
Infatti, il processo patologico interessa sia i motoneuroni superiori, sia quelli inferiori del sistema nervoso centrale, evolvendo attraverso una
serie di stadi che influenzano la dimensione, la forma, il contenuto, il
metabolismo e la fisiologia di queste cellule. Non si conoscono ancora le cause
della SLA sporadica, che riguarda il 90-95% delle persone colpite, mentre per i
casi familiari (5-10%) già in
passato sono stati descritti specifici mutanti
per almeno quattro forme ereditarie:
ALS1, associata a SOD1 (Bruijn et al., 2004; Bruijn et al., 1998;
Bowling et al., 1995; Borchelt et al., 1994; Rosen et al.,
1993), ALS2 alla alsina (Yamanaka et
al., 2003; Hadano et al., 2001; Yang et al., 2001), ALS4 alla
senataxina (Chen et al., 2004;
Moreira et al., 2004), e un’ultima forma è stata messa in relazione con
una mutazione nel gene per una subunità
della dinactina (Valee et al., 2004; Puls et
al., 2003). Nonostante la bassa incidenza delle forme familiari, lo studio
su modelli sperimentali di SLA ereditaria si sta rivelando molto importante per
la comprensione della patologia anche delle forme sporadiche.
Si stima
che all’incirca il 15-20% dei pazienti con forme ereditarie di tipo autosomico
dominante, ossia circa il 2% di tutti i casi di SLA, presenta mutazioni nel gene
situato sul cromosoma 21 che codifica l’enzima citosolico rame/zinco superossido dismutasi 1 o Cu/Zn SOD1 o semplicemente SOD1, un polipeptide di 153 aminoacidi
che, come omodimero, catalizza la conversione di O2- in O2
e H2O2. La malattia con questa eziologia è denominata sclerosi laterale amiotrofica 1. Sono
state descritte più di 100 mutazioni di SOD1 in grado di causare forme
autosomico-dominanti; l’unica eccezione nota è l’omozigosi D90A SOD1, che è
ereditata come recessiva. Varie mutazioni, sparse lungo la
struttura molecolare e non concentrate in prossimità del sito attivo o
dell’interfaccia del dimero, conferiscono a questa metalloproteasi una o più funzioni tossiche che compromettono l’integrità dei neuroni
motori causando lo sviluppo della degenerazione all’origine di forme familiari
della SLA1”[3].
Il
procedere degli studi ha rivelato altre importanti associazioni per le forme
familiari[4]: VAPB, che è un ligando per i recettori Eph,
è stato associato a SLA e ad atrofia muscolare spinale (AMS) ad insorgenza tardiva,
in varie famiglie brasiliane; mutazioni nel gene OPTN (optineurina) sono state scoperte inizialmente in otto
pazienti di SLA giapponesi; mutazioni nel gene della VCP (valosin-containing protein) si
ritiene possano essere responsabili dell’1-2% dei casi di SLA familiare[5]; infine, l’associazione con due geni implicati
nel metabolismo dell’RNA, ossia TDP-43
e FUS.
Cinque
anni fa così si concludeva la recensione della scoperta di un meccanismo TDP-43
mediato comune a SLA e demenza FT: “La patologia del poro nucleare è stata
riscontrata nel tessuto cerebrale sia di persone affette dalla forma sporadica
di SLA sia di pazienti affetti da patologia causata da mutazioni genetiche in
TARDBP e C9orf72[6]. I dati emersi da questo studio, per il cui
dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo del lavoro originale,
mostrano difetti di trasporto nucleo-citoplasmatico TDP-43-mediati, quale
meccanismo patologico comune alla SLA e alla demenza FT”[7].
Infine, ricordiamo che la crescente attenzione ai condensati
biomolecolari, di cui ci siamo occupati di recente[8], e ai loro
ruoli nella fisiologia e nella patologia ha favorito l’interesse della comunità
neuroscientifica internazionale per i granuli da stress in patologie
neurodegenerative quali la sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Hana Fakim e Christine Vande Velde hanno condotto una rassegna di tutti i maggiori
studi su questo argomento, andando oltre i granuli da stress e
descrivendo i ruoli di TDP-43 e FUS in condensati fisiologici presenti nel
nucleo e nei neuriti, così come nel nucleolo, nei corpi di Cajal, nel compartimento
dello spazio inter-cromatinico nucleare e nei granuli di trasporto dell’RNA
neuronico[9].
Ritorniamo ora allo studio qui recensito. Shumaiyla Khan e colleghi riportano per la prima volta l’analisi
strutturale del cristallo di un mutante di DAO derivato da paziente di SLA, con
la mutazione R38H, risolto a 2.10 Å. La struttura ha rivelato perturbazioni
significative e un alterato legame col cofattore FAD e con l’inibitore benzoato,
supportato da saggi biochimici.
Anche Q201R-DAO ha esibito un’efficienza di legame
del ligando significativamente più bassa. Inoltre, l’analisi cinetica fra tutte
le varianti ha rivelato una riduzione dell’attività ossidasica e del legame del
substrato. In particolare, R38H-DAO mostrava un’attività WT-prossima solo ad
alte concentrazioni del substrato, mentre R199W-DAO e Q201R-DAO presentavano
una drastica riduzione di attività. In più, sono state inferite perturbazioni
strutturali per R199W-DAO e Q201R-DAO, evidenti per il più alto stato oligomerico
nella forma dell’oloenzima.
Shumaiyla Khan e
colleghi hanno anche osservato instabilità termica nel caso del mutante
R199H-DAO, e ipotizzano che gli enzimi mutanti possano essere resi non
funzionanti in un contesto cellulare, potenzialmente conducendo ad eccito-tossicità
associata ai recettori NMDA.
In conclusione, lo studio fornisce nuove conoscenze
su aspetti strutturali e funzionali delle mutazioni del gene dell’enzima D-aminoacido
ossidasi (DAO) nella sclerosi laterale amiotrofica (SLA).
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e
invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del
sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Giovanni Rossi
BM&L-09 dicembre 2023
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La Società Nazionale
di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience,
è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data
16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica
e culturale non-profit.
[1] Nelle “Notule” (v. in “Note e
Notizie 09-12-23 Notule”) di questa settimana si comunica la scoperta di
aggregati di TAF15 in casi di degenerazione lobare fronto-temporale (FTLD), malattia
eziopatogeneticamente legata alla SLA.
[2] Uno studio del 2010 ha
identificato un meccanismo SOD1-dipendente che sembra essere comune alle forme
sporadiche e familiari [v. Note e Notizie
30-10-10 Nella sclerosi laterale amiotrofica (SLA) SOD1 normale e mutante
condividono conformazione aberrante e via patogenetica].
[3] Note e Notizie 31-03-12 Nella
sclerosi laterale amiotrofica un anticorpo riconosce forme tossiche di SOD1.
[4] Anche fattori angiogenici sono
stati associati alla SLA: mutazioni nell’angiogenina (ANG), ad esempio, sono
state associate a casi sporadici e familiari della malattia del motoneurone.
[5]
Wong P. C., et al. Motor Neuron Diseases in Basic Neurochemistry (Brady, Siegel, Albers,
Price, editors-in-chief), Ch. 45, pp.
801-814 (cit. p. 806), AP Elsevier 2012.
[6] Vedi in Note e Notizie 08-10-11 Il difetto genetico responsabile di SLA e DFT
identificato sul cromosoma 9p21.
[7] Note e Notizie 20-01-18 Scoperto un meccanismo legato a TDP-43 per la
SLA e la demenza FT.
[8] Note e Notizie 10-06-23 condensati
biomolecolari nella SLA familiare e sporadica.
[9] Note e Notizie 20-05-23 Una
scoperta fisicochimica eccezionale.