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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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