Dott.ssa Silvia Russo, Istituto Auxologico Italiano – Milano
Negli ultimi anni sono stati sviluppati un certo numero di modelli animali per la sindrome di Rett creati allo scopo di studiare se i sintomi della malattia erano reversibili o se ne potesse prevenire l’insorgenza. Questi studi hanno permesso di intravedere la possibilità di intervenire sui sintomi precocemente ai primi stadi della malattia.
La maggior parte dei segni clinici della sindrome di Rett sono una diretta conseguenza del danno al sistema nervoso centrale, anche se sono presenti nelle RTT ulteriori problematiche influenzate da effetti periferici. Nell’80% delle pazienti il difetto biologico consiste in una mutazione nel gene MECP2, un gene codificante la proteina Methyl CpG Binding Protein 2 che viene espressa in tutti i tessuti dell’organismo, ma è più abbondante nei neuroni (cellule nervose). Il ruolo di MeCP2 è stato studiato estesamente, ma ancora oggi la comprensione delle sue molteplici funzioni e dei meccanismi biologici che si alterano all’insorgenza e nello sviluppo della malattia non è del tutto chiarito. La principale caratteristica di MeCP2, quella a cui la proteina deve il suo nome, è la capacità di legarsi direttamente alle regioni metilate del DNA, fungendo da repressore della trascrizione; si tratta di una funzione molto generalizzata, estesa a tutto il genoma. MeCP2 avrebbe il compito di mantenere la trascrizione di tutti i geni della cellula ad un giusto livello, una sua presenza in eccesso o in difetto crea una generale alterazione del sistema e quindi un malfunzionamento. Oltre ad avere questo ruolo, MeCP2 sarebbe coinvolto nel modellamento della cromatina, nella regolazione dello splicing, nel potenziamento/riduzione dell’espressione di geni specifici e delle proteine da essi prodotte. In particolare si è osservato sia nelle pazienti sia nei modelli di topo che un difetto di MeCP2 comporta una riduzione nella produzione del fattore neurotrofico cerebrale BDNF, una molecola importante per la sopravvivenza del neurone, per la differenziazione in assoni e dendriti, per la maturazione della cellula neuronale e la plasticità sinaptica del sistema nervoso centrale. A supporto di quest’ipotesi è il fatto che un incremento di BDNF determina un miglioramento nel quadro clinico del topo Rett, difettivo di MeCP2. Si pensa che il deficit di BDNF sia uno degli elementi fondamentali nell’insorgenza e nella progressione della sindrome di Rett.
In questo contesto si inserisce lo studio di Roux (Roux et, 2011), che ha valutato uno specifico aspetto, finora poco esplorato del metabolismo di Bdnf cioè la regolazione del suo trasporto attraverso assoni neuronali. Il suo gruppo ha analizzato in una specifica area del cervello di topi con difetto di Mecp2, la medulla oblunga (una regione che controlla le funzioni autonomiche, viscerali, non consapevoli e collega le regioni più alte del cervello con il midollo spinale) per valutare se si osservavano differenze nell’espressione dei trascritti coinvolti nel trasporto di Bdnf all’interno della cellula; molti dei trascritti coinvolti in questa funzione risultavano alterati, tra questi l’huntingtina, Htt e una proteina associata all’huntingtina Hap1 (ridotta del 30%) che sono cruciali. Hpa1 forma un complesso con Htt e questa interazione è direttamente coinvolta nel trasporto di Bdnf. La riduzione di queste proteine osservata in tutte le aree del cervello del topo Mecp2- potrebbe essere la spiegazione dell’anomala distribuzione di Bdnf e anche della proteina del precursore amiloide (App), un’altra proteina il cui trasporto dipende da Htt e Hap. Interessante anche il riscontro di una diminuita espressione (55% in meno) di Sgk1 (serum-glucocorticoid kinase 1) , proteina nota fosforilare l’huntingtina all’aminoacido serina 421, in una reazione che è cruciale per la funzione del trasporto assonale sia nei pazienti che nei controlli. Gli esperimenti replicati hanno evidenziato una diminuzione di circa il 50% dell’espressione di Bdnf in diverse regioni del topo Mecp2- adulto e testando anche una regione diversa del cervello, rispetto alla medulla lo studio ha evidenziato come l’assenza di Mecp2 determini un deficit dei trascritti di molecole coinvolte nel trasporto neuronale di Bdnf. Gli autori hanno replicato questi esperimenti in un modello murino prima che si sviluppassero i sintomi della malattia dimostrando che a quell’epoca i trascritti di Htt e Hpa sono presenti nella giusta quantità per poi diminuire successivamente. Studi precedenti hanno dimostrato che BDNF svolge un ruolo critico nella maturazione e nel metabolismo dei neuroni che si trovano nei nuclei dello striato (è una porzione del cervello nota per il suo ruolo nella pianificazione e nella modulazione dei movimenti, coinvolto inoltre in processi cognitivi che coinvolgono la funzione esecutiva) e che la maggior parte di proteina BDNF che si trova nello striato proviene dal cortex. Confrontando il cortex di topi Mecp2-/Y e di topi sani, si è visto che la quantità di Bdnf non è diversa, mentre la quantità di Bdnf che si osserva nello striato del modello Mecp2-/Y, è ridotta di circa il 50%. Questa osservazione sommata alla riduzione nelle proteine che sono implicate nel trasporto lungo l’assone di BDNF supportano l’idea che il difetto di Mecp2 alteri il sistema che trasporta Bdnf dal cortex allo striato ed è stata ulteriormente confermata da studi in vivo sui neuroni corticali. Sempre in questo è stato osservato che una riduzione di Mecp2 determina un’anomalia anche nel trasporto del precursore della proteina amiloide (App).
Con l’obiettivo di trovare una terapia per le bambine con la sindrome di Rett, gli autori hanno verificato se la cisteamina, una molecola in grado di ripristinare l’espressione di Bdnf, che si è dimostrata efficiente in modelli di topo con corea di Huntington, fosse in grado di migliorare le condizioni anche in modelli murini con la sindrome di Rett. La cisteamina è un inibitore della transglutaminasi (TGasi), molecola interessante le malattie neurodegenerative perché regola numerosi meccanismi cellulari e molecolari. L’uso della cisteamina e la conseguente inibizione della TGasi hanno dimostrato un aumento della secrezione di BDNf dall’apparato del Golgi e delle vescicole che lo trasportano. Nei modelli di topo Mecp2-/Y la cisteamina si è dimostrata in grado di aumentare la durata della vita e migliorare la qualità del movimento, sia in termini di distanza percorsa, sia di velocità e di ritardare l’insorgenza dei sintomi motori.
Questo studio è molto importante perché aggiunge un tassello alle relazioni tra difetto genetico e manifestazioni della malattia: l’ipotesi più probabile è che Mecp2 controlli la corretta espressione di molecole cruciali nel trasporto assonale di Bdnf, ma non solo perché anche App sembra essere interessato da questo processo e probabilmente altre molecole non ancora identificate, ed è per questo che troviamo una ridotta quantità di alcune proteine cruciali in specifiche regioni del cervello. In un contesto di ridotto Bdnf, come conseguenza di un deficit di Mecp2, un’alterazione nella dinamica delle vescicole di Bdnf esacerba in deficit neurotrofinico. Data l’importanza delle proiezioni cortico striatali nel trasportare Bdnf allo striato, gli autori propongono che una alterata capacità delle cellule a fornire Bdnf ai siti funzionali potrebbe partecipare ai sintomi della malattia. Inoltre i difetti di quantità di Bdnf potrebbero contribuire a difetti morfologici ed elettrofisiologici e a disturbi mitocondriali.
La comprensione dei meccanismi che sono alla base della malattia permette di scegliere e sperimentare molecole che potrebbe essere terapeutiche, almeno per alcuni aspetti, come la cisteamina. In particolare bisogna notare che la cisteamina si è rivelata efficiente nel mantenere le abilità motorie dei topini deficitari di Mecp2, ma oltre alla stimolazione del trasporto di BDNF potrebbe avere un ruolo come azione contro i danni da radiazioni, per stimolare il sistema glutatione antiossidante, per ridurre lo stress ossidativo e diminuire la formazione di aggregati proteici.
Un altro studio importante (Vecsler et al, 2011) per lo sviluppo di approcci terapeutici, seppure ancora lontano dall’applicazione, è stato svolto in Israele dalla dottoressa Gak per valutare gli effetti di un nuovo aminoglicoside, NB54 nella abolizione del codone di stop in fibroblasti prelevati a pazienti con specifiche mutazioni di stop, R168X, R270X e R294X. Più semplicemente: quando una paziente possiede queste mutazioni, il sistema biologico che dovrebbe portare alla produzione della proteina MCP2, riconosce l’errore ossia il segnale di stop e produce una proteina incompleta. Gli antibiotici aminoglicosidi, come NB54 e come la gentamicina, molto tossica, hanno la proprietà di superare questo segnale di stop, come se non esistesse e proseguire il processo di traduzione producendo in una certa percentuale di molecole (non in tutte le cellule), una proteina completa. Un’interessante effetto associato all’uso di NB54 è l’incremento nella produzione di BDNF, che come sappiamo è fondamentale per i sintomi della sindrome di Rett.
I risultati sono nel complesso incoraggianti, perché si dimostra rispetto alla gentamicina una minor tossicità, e una maggior percentuale di cellule in cui viene superato il codone di stop. Restano ancora diversi limiti, tra cui il fatto che a causa dell’inattivazione casuale del cromosoma X nelle femmine non si è riusciti a prevedere e standardizzare l’efficienza dell’approccio terapeutico. Quindi il principio teraupetico funziona sulle culture cellulari, ma ci vuole ancora un lavoro intenso di perfezionamento per poterlo provare in vivo.
