Ricevette il premio Nobel per la Chimica nel 1955.

CAPITOLO II

OMOCISTEINA

2.1 CENNI STORICI

L’omocisteina è un amminoacido contenente zolfo, fu descritta per la prima volta nel 1952 da Du Vigneaud, che l’aveva isolata da un calcolo vescicale. Du Vigneaud studiava i composti organici contenenti zolfo ed il loro metabolismo; tra questi anche gli amminoacidi e gli ormoni quali insulina, ormoni pituitari, ossitocina e vasopressina.

Ricevette il premio Nobel per la Chimica nel 1955.

Il collegamento dell’omocisteina con alcune patologie umane è stato suggerito soltanto nel 1962 da Gerritsen e coll. e da Carson e coll., che descrissero i primi casi di iperomocisteinemia ed omocistinuria in bambini che presentavano gravi patologie vascolari, come la tromboembolia polmonare, la trombosi del seno sagittale superiore, della vena cava inferiore e della vena porta, le occlusioni, simili a quelle aterosclerotiche delle arterie renali, carotidee e coronarie.

Nel 1964 Mudd e coll. dimostrarono che l’omocistinuria era dovuta al

deficit della cistotionina-β-sintasi (Mudd, 1985).

Nel 1969 McCully (McCully KS, 1969) descrisse, per primo il danneggiamento della parete vascolare di arterie di medio calibro in bambini con severo deficit di enzimi coinvolti nel metabolismo dell’omocisteina.

L’ipotesi che l’iperomocisteinemia potesse essere, anche da sola causa di danno vascolare, ha iniziato a svilupparsi dalla metà degli anni ’70.

Successivamente è stato dimostrato che essa può manifestarsi sia

attraverso un'omocistinuria, come nei casi di difetto genetico allo stato

omozigote, sia attraverso una moderata iperomocistinemia, dovuta a

fattori ambientali quali deficit nutrizionali di vitamina B 12 , B 6 e di acido

folico.

2.2 BIOCHIMICA

L’omocisteina è un amminoacido solforato che non rientra nella composizione delle proteine plasmatiche; non ci sono cioè, specifiche triplette di basi di DNA che codificano per questo amminoacido. Essa si forma a seguito della perdita del gruppo metilico da parte della metionina, un amminoacido essenziale introdotto con la dieta.

L’omocisteina è quindi un prodotto intermedio della via metabolica della metionina.

La metionina, nel momento in cui è attivata dalla Adenosiltrifosfato (ATP) a S-adenosilmetionina (SAM), funge da donatore di gruppi metilici verso una moltitudine di accettori quali guanidinoacetato, basi puriniche di DNA e RNA, neurotrasmettiori, fosfolipidi ed ormoni.

La S-adenosilomocisteina (SAH), che si forma dalla transmetilazione della SAM, è quindi convertita in omocisteina con liberazione di adenosina . (Figura 1)

Figura 1.- Ciclo Metabolico della Metionina e dei Folati.

L’omocisteina può essere, a sua volta, trans-sulfurata irreversibilmente in cistationina e quindi in cisteina; oppure, in carenza di metionina assunta con la dieta, rimetilata a metionina (Selhub e Miller, 1992); una serie di enzimi e di cofattori (acido folico, vitamina B 12 e vitamina B 6 ) regolano queste vie metaboliche.

Si pensa che la trans-sulfurazione della omocisteina e la sua rimetilazione

betaina-dipendente, avvengano esclusivamente nel fegato e che la via

della rimetilazione folato e vitamina B 12 dipendente, sia l’unica

trasformazione metabolica della omocisteina, operante nei distretti

cellulari periferici.

¾ Nella via di trans-sulfurazione l’omocisteina in eccesso è coniugata con la serina e convertita a cistationina, in una reazione irreversibile catalizzata dall’enzima cistationina β-sintetasi, che richiede come cofattore il piridossal-5’-fosfato (PLP), forma attiva della vitamina B

6 , (Finkelstein e Martin, 1986).

La cistationina è quindi idrolizzata a cisteina da un altro enzima contenente B 6 (PLP), la γ-cistationasi, formando così cisteina e α- chetobutirrato.

L’eccesso di cisteina va incontro ad una reazione di ossidazione, formando taurina e solfati inorganici, oppure è eliminata con le urine.

In questo modo, in aggiunta alla sintesi di cisteina, questa via di transulfurazione catabolizza effettivamente l’eccesso di omocisteina, non richiesto per il trasferimento del metile, e fornisce solfato per la sintesi di eparina, di eparonsolfato, di dermatonsolfato e di condroiitinsolfato.

¾ Nella via della rimetilazione il donatore di metile è in questo caso

il 5-metiltetraidrofolato(MTHF), a sua volta rigenerato dalla riduzione

del metilene tetraidofolato reduttasi (MTHFR), e la reazione è catalizzata

dalla metionina sintetasi che necessita, come cofattore, della

transcobalamina (Vitamina B 12 metilata). Poiché la metionina sintetasi

viene inattivata durante la reazione, è necessario l’intervento della

metionina sintetasi reduttasi, riboflavinadipendente, per rigenerare

metionina sintetasi attiva. Una via alternativa di rimetilazione interessa

sia la betaina, come donatore di metili, sia l’enzima betaina-omocisteina metiltransferasi; è da sottolineare, infine, che la rimetilazione agisce a basse concentrazioni di omocisteina e di metionina, mentre la transulfurazione entra in gioco per concentrazioni più elevate di omocisteina (Finkelstein e Martin, 1986).

Inoltre la SAM funge da fine regolatore di queste due vie metaboliche, essendo sia un inibitore allosterico della metilene-tetraidofolato-reduttasi, sia un attivatore della cistationina β-sintetasi.

Si comprende allora, come un ottimale funzionamento degli enzimi coinvolti nelle due vie metaboliche insieme ad un adeguato apporto di cofattori vitaminici con la dieta (vitamine B 6 , B 12 e folati), sia essenziale per il mantenimento dei livelli plasmatici di omocisteina.

I Folati pertanto insieme alla vitamina B12, sono coinvolti nella donazione di gruppi metilici nel ciclo della metilazione e nella sintesi di DNA e RNA quindi, nella regolazione dell’espressione genica.

La deficienza di folati è spesso associata ad un'elevazione dei livelli di omocisteinemia e la supplementazione riduce l’iperomocistinemia (Selhub e Miller, 1993).

L’omocisteina presente nel sangue e nelle urine può essere libera, sotto

forma di dimero (omocistena-omocisteina e omocisteina-cistina) o legata

a proteine, soprattutto all’albumina ed è, pertanto, determinata dal valore

totale nel plasma delle varie forme di omocisteina (Araki e Sako, 1987).

Nel plasma il valore normale è di 5-12 µmol/L. Per valori compresi fra i

12-30 µmol/L si parla di lieve iperomocisteinemia, per valori fra i 30-100

µmol/L di iperomocisteinemia moderata, per valori superiori ai 100

µmol/L di grave iperomocisteinemia (Welch e Lo scalzo, 1998).

2.3 F ATTORI CHE AUMENTANO LA CONCENTRAZIONE EMATICA DELLA OMOCISTEINA

1. FATTORI GENETICI

¾ anomalie di transulfurazione (Mudd et al., 1995): difetto di cistationina-β-sintetasi: il cui gene è posto sul braccio lungo del cromosoma 21.

¾ anomalie di rimetilazione: difetto di 5-10-metilentetraidrofolato reduttasi (MTHFR) (Frosst et al., 1995).

¾ difetto di metionina-sintetasi;

¾ difetto di conversione della cobalamina a metil-cobalamina;

2. ETÀ/SESSO

¾ aumenta con l'età;

¾ il sesso maschile;

¾ nella donna nel periodo post-menopausa.

3.FATTORI NUTRIZIONALI

¾ nei deficit di folati e vitamina B ₁₂ (causa più frequente nell'anziano);

¾ nei deficit di vitamina B ₆ ;

¾ per eccessivo consumo di caffè ed alcol.

4. PATOLOGIE

¾ Intestinali: (malassorbimento Vit. B ₁₂ );

¾ Renali: (ridotta escrezione da insufficienza renale);

¾ Psoriasi: (per riduzione dei folati);

¾ Leucemia linfoblastica,

¾ Ipotiroidismo;

¾ Diabete;

¾ Ipertensione essenziale.

5. FARMACI

¾ Metotrexate: (deplezione di 5-metil-tetraidrofolato);

¾ nitrati: (antagonizzano la vitamina B ₁₂ );

¾ estrogeni: (causano deficit di vitamina B 6 ); diuretici;

¾ anticonvulsionanti, carbamazepina, isoniazide e fentoina

(interferiscono con i folati).

2.4 ASPETTI FISIOPATOLOGICI

L’iperomocisteinemia è un noto fattore indipendente di rischio accertato per: malattia aterosclerotica cardiovascolare, ictus, patologia occlusiva arteriosa e trombosi (Ebbsen, 2004); è dunque un sensibile marcatore del deficit dei folati, Vit. B 12 ,Vit. B

6 .

In questi anni il ruolo dell’iperomocisteinemia risulta sempre più evidente in un’ampia gamma di condizioni fisiologiche o patologiche, quali complicanze nel corso della gravidanza e della nascita (Lopez- Quesada et al., 2003), menopausa, insufficienza renale cronica, trapianto di rene, diabete di tipo 1 e 2 (Yermeneko et al., 2001), ipotiroidismo.

Inoltre l’aumento plasmatico di omocisteina è stato correlato con neoplasie del colon-retto (Giovannucci, 2002), pancreas (Stolzenberg- Solomon et al., 1999), della mammella (Zhang et al., 2003), cervice uterina (Goodman et al., 2000) e con i tumori del distretto testa-collo (Almadori et al., 2005).

Tra queste correlazioni quella maggiormente documentata, finora, è quella dell’omocisteina come fattore di rischio cardiovascolare (Ebbsen, 2004).

Al fine di evidenziare maggiormente il ruolo patogenetico

dell’omocisteina nel processo di carcinogenesi, in associazione con il

deficit di folati e di vitamina B 12 , si stanno sviluppando negli ultimi anni

nuove ricerche.