CAPITOLO II: IPOPLASIA PONTOCEREBELLARE
PCH2 TSEN
EXOSC3 EXOSC8 SLC25A46 14q32 17q25 9p13 13q13.3 5q22.1
Perdita dei motoneuroni delle corna anteriori del midollo spinale, patologicamente simile alle atrofie
muscolari spinali (SMA)
PCH2 TSEN54 TSEN2 TSEN34 TSEN15 SEPSECS 17q25 3p25 19q13 1q25.3 4p15.2
Discinesie extrapiramidali; Distonie
PCH3 PCLO 7q21.11 Atrofia ottica; Microcefalia progressiva
PCH4 TSEN54 17q25 Forma grave di PCH2
PCH5 TSEN54 17q25 Forma grave di PCH2
PCH6 RARS2 6q15 Difetti catena respiratoria mitocondriale
PCH7 TOE1 1p34.1 Anomalie genitali
PCH8 CHMP1A 16q24 Riduzione sostanza bianca/ipoplasia del
corpo calloso
PCH9 AMPD2 1p13 Atrofia corteccia cerebrale/Anomalie del
corpo calloso
PCH10 CLP1 11q12
Atrofia cerebrale/ipoplasia del corpo calloso; Mega cisterna magna;
Difetti di mielinizzazione PCH11 TBC1D23 3q12.1 Corpo calloso sottile; microcefalia;
ritardo psicomotorio globale
PCH-CASK CASK Xp11 Microcefalia; corpo calloso normale
Tabella 3: correlazioni gene-fenotipo in tutti i sottotipi di PCH.
PCH1 SMA-like
La PCH di tipo 1 (PCH1, precedentemente conosciuta come morbo di Norman) è
caratterizzata da ipoplasia ponto-cerebellare associata a perdita di motoneuroni
delle corna anteriori del midollo spinale, patologicamente simile alle atrofie
muscolari spinali (SMA) (Norman 1961; Goutieres et al. 1977) e rappresenta la
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primo anno di vita.La PCH1 viene posta in diagnosi differenziale con l’atrofia muscolospinale infantile (SMA), che è causata da mutazioni nel gene SMN1. Nei
pazienti affetti da PCH1, non sono state trovate mutazioni nel gene SMN1,
confermando che tale condizione rappresenta un'entità nosologica distinta
nonostante il coinvolgimento del primo motoneurone. La microcefalia nella
maggior parte dei casi descritti non è presente alla nascita, ma si sviluppa
successivamente (Goutieres et al. 1977; Barth 1993; Gorgen-Pauly et al. 1999;
Rudnik-Schoneborn et al. 2003; Szabo et al. 2008; Okanishi et al. 2010). I casi
descritti sono causati da varianti patogenetiche a carico dei geni VRK1 (PCH1A),
EXOSC3 (PCH1B), EXOSC8 (PCH1C). Dai dati pubblicati in letteratura, il gene
EXOSC3 risulta essere mutato nel 40-75% dei soggetti affetti da PCH1(Eggens et
al. 2014; Vinograd-Byk et al. 2015). Recentemente sono state identificate
mutazioni loss of function nel gene SLC25A46 associate a PCH1 (Wan et al.
2016). Mutazioni recessive nello stesso gene sono state identificate nel 2015 in
una coorte di pazienti affetti da atrofia ottica e neuropatia periferica di tipo VIB
(Abrams et al. 2015). I pazienti affetti da PCH presentavano fin dalla nascita
ipotonia, apnea, atrofia ottica bilaterale, degenerazione del motoneurone spinale,
neuropatia motorio-sensitiva. Studi funzionali in vitro ed in vivo (zebrafish)
hanno evidenziato un probabile ruolo di SLC25A46 nella fissione mitocondriale,
di cruciale importanza nello sviluppo neurologico, evidenziando che mutazioni
differenti possono avere un impatto diverso sulla stabilità e funzione della
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atrofia ottica a quelli letali con PCH (Wan et al. 2016). Varianti patogenetiche
associate al gene SLC25A46 possono essere classificate nel sottotipo PCH1D.
L'insufficienza respiratoria e la morte precoce nel periodo neonatale
contribuiscono a distinguere la forma PCH1D dalle altre cause conosciute di
PCH1 che tendono ad avere, ad eccezioni di alcuni casi, un decorso clinico meno
grave (Wan et al. 2016; Braunisch et al. 2017; van Dijk et al. 2017).
PCH2-4-5 TSEN-correlate
La forma più frequente di PCH, nota come PCH di tipo 2, è caratterizzata da
discinesie extrapiramidali e distonia, mentre la spasticità è riportata soltanto in
una minoranza di pazienti con insorgenza più tardiva. A tale quadro clinico si
aggiunge disfagia con esordio neonatale, riduzione del campo visivo ed epilessia.
Il pattern neuroradiologico peculiare di tale forma è rappresentato dal dragonfly,
mentre nel 40% dei casi è presente anche l’atrofia lieve o severa della corteccia
cerebrale (Namavar et al. 2011b). La maggior parte dei pazienti è portatore in
omozigosi della mutazione fondatrice nell'esone 8 di TSEN54 (p.A307S)
(PCH2A) che codifica per una delle 4 subunità del complesso endonucleasi di
splicing del tRNA (Budde et al. 2008). Il complesso endonucleasi è costituito da
quattro subunità proteiche codificate da quattro diversi geni Tsen (TSEN2, 15, 34,
54), tutti implicati nella patogenesi delle PCH2, che insieme formano un enzima
eterotetramerico, costituito da due subunità catalitiche e due subunità strutturali
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patogenetiche sono state riscontrate anche nei geni TSEN2 (PCH2B), TSEN34
(PCH2C), TSEN15 (PCH2F) e SEPSECS (PCH2D).
La PCH di tipo 4 e 5 presenta sovrapposizioni cliniche con la forma PCH2;
tuttavia ha una frequenza più rara ed il decorso della malattia è più grave. I
pazienti con diagnosi di PCH4 presentano sintomi prenatali gravi quali
polidramnios, mioclonie e contratture congenite ed in epoca postnatale
ipoventilazione primaria, spasticità, difficoltà ad alimentarsi ed epilessia. In
entrambi i sottotipi il verme cerebellare è maggiormente coinvolto rispetto alla
PCH2, e nella PCH4 vi è un coinvolgimento dei nuclei olivari che assumono una
caratteristica forma a “C” (Namavar et al. 2011c).
La mutazione fondatrice p.A307S in TSEN54 è stata riportata nelle forme più
gravi di PCH4 e PCH5 in eterozigosi composta con mutazioni nonsenso, di
frameshift o nel sito di splicing (Budde et al. 2008; Cassandrini et al. 2010;
Namavar et al. 2011c; Rudaks et al. 2011; Valayannopoulos et al. 2012). Tale dato
indica che PCH2, 4 e 5 sono malattie alleliche TSEN-correlate e rappresentano un
continuum di fenotipi clinici.
PCH3 PCLO-correlata
La PCH di tipo 3 è conosciuta anche come atrofia cerebellare progressiva con
microcefalia (Cerebellar Atrophy with Progressive Microcephaly - CLAM). Le
caratteristiche fenotipiche comuni a questo sottotipo sono la bassa statura,
l’epilessia, la microcefalia progressiva, l’ipotonia e l’atrofia ottica (Rajab et al. 2003; Durmaz et al. 2009); (Jacob et al. 2011). La RMN mostra atrofia cerebrale,
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ipoplasia pontocerebellare con verme più ipoplasico degli emisferi e
ventricolomegalia (Durmaz et al. 2009; Namavar et al. 2011b). La PCH3 è stata
associata a mutazioni nel gene PCLO, codificante per un componente proteico
della zona neuronale presinaptica, un’area specializzata nel rilascio di neurotrasmettitori (Abrams et al. 2015).
PCH6 RARS-correlata
La PCH di tipo 6 si differenzia degli altri sottotipi di PCH per la presenza di
epilessia farmaco-resistente con livelli elevati di lattato liquorale. La PCH6 è
caratterizzata da atrofia cerebrale e cerebellare progressiva, encefalopatia
infantile, disfagia, convulsioni ad esordio precoce, microcefalia progressiva,
ipotonia generalizzata seguita da tetraparesi spastica (Edvardson et al. 2007). Un
caso descritto da Rankin e collaboratori nel 2010 presenta un fenotipo di PCH6
associato ad encefalopatia progressiva ed edema, suggestivo di sindrome PEHO
(Progressive Encephalopathy with edema, Hypsarrhythmia, and Optic nerve
atrophy - encefalopatia progressiva con edema, ipsaritmia e atrofia ottica) (Rankin
et al. 2010). Alla RMN il verme risulta marcatamente ipoplasico rispetto agli
emisferi cerebellari. Tale fenotipo PCH è causato da mutazioni in RARS2, sintetasi
mitocondriale arginil-tRNA (Park et al. 2005; Kasher et al. 2011).
PCH7 TOE1-correlata
La PCH di tipo 7 è un recente sottotipo di PCH associato all'ipogonadismo
(Anderson et al. 2011). Mutazioni patogenetiche sono state descritte nel gene
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per una proteina target di EGR1 che agisce come inibitore della crescita cellulare
e del ciclo cellulare stesso (Lardelli et al. 2017).
PCH8 CHMP1A-correlata
La PCH di tipo 8 si distingue dagli altri sottotipi per la presenza di deformità
articolari. I pazienti mostrano clinicamente un grave ritardo psicomotorio, del
linguaggio o cognitivo, movimenti involontari in particolar modo a livello del
capo, ipotonia, spasticità, iperreflessia ed anomalie oculari. La RMN mostra
ipoplasia ponto-cerebellare, riduzione della sostanza bianca cerebrale ed un corpo
calloso sottile. La PCH8 è associata a mutazioni nel gene CHMP1A, riportate in
due famiglie (Mochida et al. 2012).
PCH9 AMPD2-correlata
La PCH di tipo 9 è caratterizzata da un quadro clinico sovrapponibile alle altre
forme di PCH e da peculiari caratteristiche neuroradiologiche quali
ipoplasia/atrofia del cervelletto con mega cisterna magna e corpo calloso
dismorfico. Sui piani assiali della RMN è possibile osservare un segno
patognomonico: il tronco cerebrale assume una figura di ''8'', con relativa
conservazione del verme cerebellare (figura 7). Sono stati, inoltre, descritti
pazienti con atrofia generalizzata della corteccia cerebrale (Akizu et al. 2013),
dismorfismi faciali ed anomalie ai denti (Accogli et al. 2017). La PCH9 è
associata a mutazioni patogenetiche identificate nel gene AMPD2. Tale gene è
altamente conservato al livello evolutivo ed è coinvolto nel mantenimento del
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nella sintesi de novo delle purine; una sua riduzione infatti causa difetti nell’inizio
della traduzione della proteina GTP-dipendente. La carenza dei nucleotidi
guanina può essere compensata dalla somministrazione di AICAr (5-fosforibosil-
5-amminoimidazolo-4-carbossiammide), che sostiene il deficit di GTP, il blocco
di sintesi proteica e la sopravvivenza delle cellule. Sebbene l’AICAr potrebbe essere usato come trattamento terapeutico, sono necessari ulteriori studi riguardo
il dosaggio del farmaco al fine di evitare effetti tossici, aprendo così importanti
prospettive nel trattamento di questo sottotipo di PCH (Akizu et al. 2013).
Figura 7: RMN cerebrale di un controllo sano (a sinistra) e un paziente affetto da PCH9 (a destra). Superiormente
piano mediano sagittale, inferiormente piano assiale a livello del chiasma ottico. Le immagini di destra mostrano cervelletto piccolo (freccia rossa) ed ipoplasia del tronco encefalico (freccia rossa) tipico dei pazienti con PCH. Assenza quasi completa del corpo calloso. Tipica forma a ''figura di 8'' del tronco encefalico (cerchio rosso) (Akizu et al, 2013).
PCH10 CLP1-correlata
La PCH di tipo 10 è caratterizzato da un grave ritardo dello sviluppo
psicomotorio, microcefalia progressiva, spasticità, convulsioni e spesso anche
dismorfismi facciali. L’esame elettromiografico in uno dei pazienti descritti presenta fibrillazioni muscolari età-dipendenti ed un’elevata ampiezza dei
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(Schaffer et al. 2014), (caratteristica sovrapponibile al sottotipo PCH1). Nei
pazienti descritti da Karaka si associa anche una neuropatia periferica assonale
sensitivo-motoria confermata da studi elettrofisiologici. La RMN mostra
ipoplasia/atrofia ponto-cerebellare, corpo calloso sottile, ventricoli dilatati ed
anomalie cerebrali, tra cui atrofia e difetti di mielinizzazione (figura 8) (Karaca et
al. 2014; Schaffer et al. 2014). Il gene associato a questo sottotipo è CLP1, che
codifica per una chinasi multifunzionale implicata nella maturazione dei tRNA,
mRNA e siRNA (Hanada et al. 2013). Studi di espressione funzionale in vitro
hanno mostrato che mutazioni in questo gene causano la perdita della funzione
chinasica e di clivaggio ed una compromissione della funzione del complesso
endonucleasi tRNA (Tsen) (Karaca et al. 2014; Schaffer et al. 2014).
Figura 8: RMN cerebrale taglio sagittale (in alto) e coronale (in basso) di un controllo (prima immagine)
confrontato con pazienti. Freccia rossa: ipoplasia/atrofia del ponte. Freccia bianca: atrofia cerebellare dei folia. Doppie punte di freccia bianca: ipoplasia del corpo calloso. Asterisco rosso: fluido nella cavità a causa di atrofia cerebellare (mega cisterna magna).
PCH11 TBC1D23-correlata
Recentemente, sono state descritte famiglie con una forma autosomica recessiva
di disabilità intellettiva, ritardo globale dello sviluppo e microcefalia associata a
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Valencia et al. 2017). Fenotipicamente, tutti gli individui presentano un grave
ritardo cognitivo associato ad alcuni anomalie del comportamento con tratti
autistici e dismorfismi faciali. Inoltre, la RMN mostra PCH associata ad anomalie
del corpo calloso. Studi in vivo condotti su topi dimostrano che una riduzione
della regolazione di TBC1D23 causa anomalie della migrazione neuronale e
difetti nel traffico intracellulare durante lo sviluppo embrionale e post-natale.
Complessivamente i risultati descritti suggeriscono che tale forma di PCH
TBC1D23-correlata non rientri in nessuno dei sottotipi presenti nell’attuale
classificazione delle PCH, proponendo una nuova classe di PCH di tipo
11(Ivanova et al. 2017).
PCH RELN- VLDLR-correlate
Sono state descritte in pazienti con PCH mutazioni patogenetiche a carico dei geni
RELN e VLDLR. Il gene RELN codifica per una glicoproteina fondamentale per
la regolazione della migrazione neuronale. VLDLR (Very Low Density
Lipoprotein Receptor) lega la relina a valle attivando una cascata di segnale che
influenza la migrazione cellulare. Mutazioni del gene RELN sembrano causare un
fenotipo più grave delle mutazioni riscontrate del gene VLDLR, sebbene i prodotti
proteici di entrambi facciano parte dello stesso pathway (Gressens 2006; Hack et
al. 2007). Soggetti affetti con mutazioni a carico della RELN spesso mostrano
anche anomalie corticali e crisi epilettiche neonatali, mentre i probandi con
mutazioni nel gene VLDLR mostrano un quadro di atassia cerebellare non
63 PCH CASK-correlata
Una forma di PCH a trasmissione X-linked dominante che si manifesta
principalmente in pazienti di sesso femminile con disabilità intellettiva (ID) e
microcefalia postnatale associata a PCH (MICPCH, MIM 300749), è dovuta a
mutazioni eterozigoti nel gene CASK, che codifica per una serin protein chinasi
calcio/calmodulina dipendente. Questa proteina sembra essere molto espressa,
anche se in maniera differente, sia a livello fetale che nell’adulto e svolge un
importante ruolo nella neurogenesi, nella spermatogenesi e nello sviluppo renale
(Najm et al. 2008).
Sono state riportate differenti mutazioni puntiformi e/o Copy Number Variations
(CNVs) nel gene CASK in pazienti con MICPCH. Le microdelezioni e
microduplicazioni intrageniche possono essere di dimensioni variabili, dalla più
piccola di ~ 2Mb fino quelle che coinvolgono gran parte del gene. Le mutazioni
puntiformi sono tutte nonsenso o di splicing (Hayashi et al. 2008; Najm et al.
2008; Moog et al. 2011), e generalmente occorrono de novo.
Mutazioni emizigoti con perdita di funzione di CASK de novo sono state descritte
in pazienti di sesso maschile con quadro neurologico molto grave, tranne che nei
casi di mosaicismo, ipotizzando che molte di tali mutazioni possano essere letali
in utero (Burglen et al. 2012; Takanashi et al. 2012; Moog et al. 2015). Tuttavia
sono state riportate mutazioni missenso in pazienti di sesso maschile, associate a
disabilità intellettiva da lieve a grave, con o senza nistagmo (Piluso et al. 2009;
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nei pazienti di sesso maschile ha recentemente portato alla definizione di 3
possibili scenari: 1) MICPCH con grave encefalopatia causata da mutazioni
emizigoti de novo che determinano una perdita di funzione della proteina, 2)
MICPCH associata a mutazioni inattivanti a mosaico o a mutazioni con ridotta
penetranza e 3) disabilità intellettiva sindromica o non sindromica di gravità
variabile, con o senza nistagmo, causata da mutazioni missenso o mutazioni di
splicing che alterano la funzione o la concentrazione della proteina (Moog et al.
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