RICERCA ITALIANA     

ATASSIE CON APRASSIA OCULOMOTORIA: Studio clinico e genetico

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

Le atassie cerebellari autosomiche recessive (ARCAs) sono malattie rare. La più frequente è la atassia di Friedreich (FA) che rappresenta circa il 30-40% di tutti i casi nella popolazione caucasica. Fra le altre forme vi sono la atassia teleangiectasia (A-T), la atassia spastica autosomica recessiva di Charlevoix-Saguenay e la atassia con deficit di vitamina E. Si tratta di forme poco frequenti. È stato inoltre identificato un sottogruppo di ARCA associato ad aprassia oculomotoria ma differente dalla A-T (Aicardi et al., 1988; Barbot et al., 2001). In base a recenti studi di linkage, sono stati identificati almeno due nuovi tipi per atassia con aprassia oculomotoria, il tipo 1 (AOA1) (Moreira et al., 2001a) e il tipo 2 (AOA2) (Bomont et al., 2000; Nemeth et al., 2000). La AOA1, localizzata sul 9p13, è caratterizzata dall'associazione alla MRI di atassia cerebellare con atrofia cerebellare , frequente presenza di movimenti coreici all'esordio e che regrediscono durante il decorso della malattia, aprassia oculomotoria, grave neuropatia periferica, occasionale ritardo mentale, ipercolesterolemia e ipoalbuminemia (Bomont et al., 2000; Tachi et al., 2000; Moreira et al., 2001a; Shimazaki et al., 2002; Le Ber et al., 2003; Tranchant et al., 2003). Il gene difettivo, chiamato gene dell'aprataxina (APTX), mappato su 9p13, codifica per una nuova proteina histidine-triad, denominata aprataxina, probabilmente coinvolta nella riparazione delle rotture del DNA a singola catena (Date et al., 2001; Moreira et al., 2001b). Nel 2000, Nemeth e colleghi e Bomont e colleghi indipendentemente hanno riportato il linkage su 9q34 di una forma di atassia autosomica recessiva simile alla A-T, ma con esordio più tardivo e senza le manifestazioni extraneurologiche della A-T (Watanabe et al., 1998; Nemeth et al., 2000). Successivamente la identificazione di altre famiglie con aprassia oculomotoria ed elevata AFP sierica ha suggerito che tale associazione rappresenti una nuova entità, denominata AOA2, ed ha permesso di restringere la regione critica a un intervallo di 4 cM (Moreira et al., 2002). Recentemente Moreira e colleghi hanno identificato le mutazioni causative in 15 famiglie, consentendo di definire clinicamente le caratteristiche di tale entità: esordio tra 10 e 22 anni, atrofia cerebellare, neuropatia sensitivo-motoria assonale, aprassia oculomotoria ed elevazione dell'AFP. Il gene mutato nella AOA2 codifica per una grande elicasi DEAxQ-box, l'ortologo umano della Sen1p del lievito, coinvolta nella maturazione e nella terminazione del RNA. La proteina codificata dal gene mutato nella AOA2 è lunga 2677 aminoacidi e contiene al suo C terminale un classico dominio seven-motif che si trova nella superfamiglia 1 delle elicasi. In particolare essa presenta notevoli omologie con le proteine Sen1p fungine e pertanto è stata denominata senataxina (SETX). Un recente studio clinico (Le Ber et al., 2004) ha confermato che la AOA2 è presente in Europa, Nord Africa e Indie occidentali. La sua frequenza relativa rappresenta circa l'8% di tutte le forme ARCA non-Friedreich, nettamente maggiore della A-T e della AOA1, soprattutto nella popolazione adulta dove essa rappresenta con ogni probabilità la forma più frequente di ARCA dopo la FRDA.
Il presente studio si propone di raccogliere una vasta serie di pazienti con ARCA di età pediatrica (UO2 e UO4) e adulta (UO1 e UO3), di caratterizzarli dal punto di vista clinico (UO1, UO3 e UO4), oculografico (UO3), neuroradiologico (UO1,UO3 e UO4), di compiere analisi dei geni APTX (UO2) e SETX (UO1) ai fini di identificare casi di AOA1 e 2 rispettivamente, e di compiere indagini di tipo patogenetico funzionale per contribuire alla conoscenza dei meccanismi fisiopatologici molecolari di queste malattie (UO2). <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Carlo CASALI Universita' degli Studi di ROMA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo del presente programma è quello di raccogliere e caratterizzare geneticamente una popolazione di soggetti affetti da Atassia cerebellare autosomica recessiva (ARCA) alla luce delle recenti acquisizioni in tema di nuovi geni APTX e SETX e delle relative forme cliniche AOA1 e AOA2 (Le Ber et al., 2003; Le Ber et al., 2004). Si tratta di forme cliniche caratterizzate dall'associazione di atassia cerebellare e aprassia oculomotoria (Ataxia with oculomotor apraxia, AOA), la cui reale frequenza è ancora difficile da stabilire. Mentre la AOA1 sembra rappresentare una forma relativamente frequente sopratuttto nella popolazione infantile (Le Ber et al., 2003), la AOA2 sembra essere la forma di ARCA più frequente dopo la atassia di Friedreich e rappresentare circa il 10% di tutte le forme di ARCA (Le Ber et al., 2004). I dati finora pubblicati indicano che questa malattia è presente certamente in Europa (Moreira et al., 2004). Un primo screening clinico e laboratoristico compiuto presso le UO1, 2 e 3 ha già fornito dati incoraggianti. Sono stati individuati diversi soggetti con aprassia oculomotoria e/o con elevazione di alfafetoproteina, marker di laboratoristico della AOA2. Il gene APTX è stato pubblicato solo nel 2002 (Moreira et al. 2002), mentre quello della AOA2, SETX, è stato pubblicato solo nel mese di marzo di quest'anno. Mancano pertanto studi aggiornati sulla prevalenza delle relative mutazioni nella popolazione italiana e ancora iniziale è il catalogo delle varianti alleliche associate a malattia. Il presente studio intende intervenire in tali questioni.
Al raggiungimento di tale obiettivo concorrono le competenze di varie Unità operative come segue:
1. UO1 (Casali, La Sapienza Roma Fac I): disponibilità di una vasta casistica di soggetti atassici di età adulta (più di 50); possibilità di effettuare analisi genetiche di esclusione di altre forme e analisi mutazionale del gene SETX (AOA2)
2. UO2 (Chessa, La Sapienza Roma II Facoltà): disponibilità di accesso ad una vasta popolazione di soggetti con atassia e aprassia oculomotoria, inquadrati nel Registro Italiano dell'Atassia-Telangectasia. Si tratta di soggetti perlopiù di età pediatrica nei quali lo screening mutazionale ha escluso il coinvolgimento del gene A-T e hMRE11. Possibilità di effettuare analisi mutazionale del gene APTX (AOA1)
3. UO3 (Palmeri, Siena): disponibilità di una casistica di soggetti con atassia di età adulta; disponibilita di un software per lo studio quantitativo dei movimenti oculari (ASTIDET) e uno per il post-processing delle immagini MRI della atrofia cerebellare (SIENAX).
4. UO4 (Sorge, Catania): disponibilità di una casistica di età pediatrica di soggetti con atassia ed esperienza nell'uso del software SIENAX per lo studio quantitativo della atrofia cerebellare gia operativo in collaborazione con la UO3.
Nel suo insieme il presente progetto rappresenta il primo sforzo sistematico compiuto in Italia per individuare soggetti con AOA1 e AOA2, per descriverne le mutazioni patogenetiche e avanzare correlazioni fenotipo-genotipo. <<<

Risultati parziali attesi

Raccolta di una casistica di pazienti con fenotipo AOA1 (15-20 individui) e AOA2 (20-30 individui)
Dati dettagliati relativi al fenotipo clinico, alla storia naturale della malattia, ecc.
Acquisizione di dati paraclinici elettrofisiologici e di neuroimmagine
Studio oculografico
Banca di DNA di soggetti affetti e loro familiari
Banca di linee linfoblastoidiRisultati di analisi mutazionale per geni APTX e SETX nella popolazione italiana
Possibile descrizione di nuove mutazioni e eventuali effetti fondatore in popolazioni ristrette
Possibilità di fornire consulenza genetica e diagnosi molecolare ai soggetti a rischio di malattia, portatori sani e diagnosi prenatali
Dati epidemiologici (prevalenza; frequenza del gene allo stato eterozigote nella popolazione sana ecc.)
Rivalutazione a posteriori delle caratteristiche cliniche in soggetti geneticamente accertati delle forme AOA1 e AOA2
Valutazione della variabilità intrafamiliare e interfamiliare
Descrizione delle caratteristiche del coinvolgimento oculare qualitative e quantitative
Descrizione qualitativa e quantitativa della atrofia cerebellare e di eventuali altri sistemi neurologici anche ai fini diagnostici
Correlazioni fenotipo-genotipo per le diverse mutazioni individuate
Risultati dello studio funzionale su linee linfoblastoidi <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le atassie cerebellari autosomiche recessive (ARCAs) sono malattie rare. La più frequente è la atassia di Friedreich (FA) che rappresenta circa il 30-40% di tutti i casi nella popolazione caucasica. Fra le altre forme vi sono la atassia teleangiectasia (A-T), la atassia spastica autosomica recessiva di Charlevoix-Saguenay e la atassia con deficienze di vitamina E. si tratta di forme poco frequenti. È stato inoltre identificato un sottogruppo di ARCA associato ad aprassia oculomotoria ma differente dalla A-T (Aicardi et al., 1988; Barbot et al., 2001). La aprassia oculomotoria è stata descritta inizialmente in bambini affetti da aprassia oculomoria congenita come un'incapacità a generare saccadi orizzontali volontarie con un caratteristico movimento compensatorio della testa e ammiccamento sincinetico (Cogan, 1953). Tuttavia essa è meglio definibile come insufficienza saccadica intermittente piuttosto che come una vera aprassia (Harris et al., 1996; Shawkat et al., 1996). La A-T è caratterizzata da età di esordio precoce, associazione di atassia cerebellare (CA), aprassia oculomotoria, teleangectasie, infezioni recidivanti, suscettibilità a tumori e livelli elevati di alfatetoproteina (AFP). I pazienti generalmente perdono la capacità di deambulare nell'adolescenza (Woods et al.,1992; Stankovic et al., 1998). Il gene ATM codifica per una proteina coinvolta nella riparazione del DNA a doppia catena (Stavitsky et al., 1995; Laake et al., 2000; Campbell et al.,2003). Circa il 10% dei pazienti A-T hanno mutazioni che causano un fenotipo lieve (‘varianti A-T') che differiscono dal fenotipo tipico per una più tardiva età di esordio, una più lunga durata di malattia o l'assenza di alcune caratteristiche tipiche della malattia (Gilad et al., 1998). Inoltre due famiglie con fenotipo simil-A-T (`A-T-like syndrome') hanno mutazioni nel gene hMRE11 che mappa prossimalmente al gene mutato nella A-T, ataxia-telangiectasia mutated gene (ATM) (Stewart et al.,1999). In base a recenti studi di linkage, sono stati identificati almeno due nuovi tipi per atassia con aprassia oculomotoria, il tipo 1 (AOA1) (Moreira et al., 2001a) e il tipo 2 (AOA2) (Bomont et al., 2000; Nemeth et al., 2000). La AOA1, localizzata sul 9p13, è caratterizzata dall'associazione di CA con atrofia cerebellare alla MRI, frequente presenza di movimenti coreici all'esordio e che regrediscono durante il decorso della malattia, aprassia oculomotoria, grave neuropatia periferica, occasionale ritardo mentale, ipercolesterolemia e ipoalbuminemia hypoalbuminaemia (Bomont et al., 2000; Tachi et al., 2000; Moreira et al., 2001a; Shimazaki et al., 2002; Le Ber et al., 2003; Tranchant et al., 2003). Il gene difettivo, chiamato gene dell'aprataxina (APTX), mappato su 9p13, codifica per una nuova proteina histidine-triad, denominata aprataxina, probabilmente coinvolta nella riparazione delle rotture del DNA a singola catena (Date et al., 2001; Moreira et al., 2001b). Tutte le mutazioni finora descritte si trovano sugli esoni 5, 6 e 7 (Date et al., 2001; Moreira et al., 2001b). Nel 2000, Nemeth e colleghi e Bomont e colleghi indipendentemente hanno riportato il linkage su 9q34 di una forma di atassia autosomica recessiva simile alla A-T, ma con esordio più tardivo e senza le manifestazioni extraneurologiche della A-T (Watanabe et al., 1998; Nemeth et al., 2000). Tali risultati sono stati basati sullo studio di una grande famiglia di origine Pakistana con aprassia oculomotoria e livelli normali di AFP (Nemeth et al., 2000) e un'altra grande famiglia con elevazione della AFP ma non aprassia oculomotoria (Watanabe et al., 1998; Bomont et al.,2000). Successivamente la identificazione di altre famiglie con aprassia oculomotoria e elevata AFP sierica ha suggerito che tale associazioni rappresenti una nuova entità, denominata AOA2 e ha permesso di restringere la regione critica a un intervallo di 4 cM (Moreira et al., 2002). Recentemente Moreira e colleghi hanno identificato le mutazioni causative in 15 famiglie, consentendo di definire clinicamente le caratteristiche di tale entità: esordio tra 10 e 22 anni, atrofia cerebellare, neuropatia sensitivo-motoria assonale, aprassia oculomotoria ed elevazione dell'AFP. Dieci delle quindici mutazioni provocano la terminazione prematura di una grande elicasi DEAxQ-box, l'ortologo umano della Sen1p del lievito, coinvolta nella maturazione e nella terminazione del RNA. La proteina codificata dal gene mutato nella AOA2 è lunga 2677 aminoacidi e contiene al suo C terminale un classico dominio seven-motif che si trova nella superfamiglia 1 delle elicasi. In particolare essa presenta notevoli omologie con le proteine Sen1p fungine e pertanto è stata denominata senataxina (SETX). La Sen1p di Saccharomyces cerevisiae è coinvolta nello splicing e terminazione di tRNA, piccoli RNA nucleari e nucleolari ed ha attività di elicasi RNA codificate al suo dominio C-terminale (Ursic at al., 1997; Rasmussen and Culbertson, 1998; Kim et al., 1999). Schizosaccharomyces pombe ha due geni Sen1p. Il primo Sen1p di S. pombe riportato (Sen1p1,codificato sul cromosoma I), possiede attività elicasica sia di RNA che DNA (Kim et al., 1999). Tra tutte le proteine Senp1 fungine, però, il secondo gene Sen1 di S. pombe (Sen1p2 codificato sul cromosoma II9) presenta la massima omologia con la senataxina in corrispondenza del dominio N-terminale (20% di omologia su 466 residui). Il dominio C-terminale della senataxina e le proteine Sen1p presentano inoltre una somiglianza significativa con due altri membri della famiglia DExxQ-box di elicasi: RENT1/Upf1, coinvolta nel decay dell RNA nonsense (Wang et al., 2001), e IGHMBP2, mutato nella atrofia muscolare spinale con distress respiratorio (Grohmann et al., 2001) (OMIM 604320), una malattia motoneuronale umana, e nella degenerazione neuromuscolare del topo (Cox et al., 1998). Le proteine Upf1 hanno attività di elicasi di RNA anche se IGHMBP2 è stata inizialmente identificata come proteina capace di legarsi al DNA con proprietà transattivanti sulla trascrizione (Mizuta et al., 1993). È pertanto possibile che, come la Sen1p1 di S. pombe, la senataxina abbia sia attività elicasica del DNA che RNA e che la senataxina agisca nel meccanismo di riparazione del DNA, come molte altre proteine alterate in atassie autosomiche recessive, come la A-T (Shiloh, 2003), AOA1 (Moreira et al., 2001), ataxia-telangiectasia-like disorder (Stewart et al., 1999) e la atassia spinocerebellare con neuropatia periferica 1 (Takashima et al., 2002). In alternativa, tali risultati suggeriscono che la senataxina potrebbe essere una elicasi nucleare di RNA con un ruolo nel meccanismo di splicing e che la patologia molecolare della AOA2 possa condividere alcune delle caratteristiche della atrofia muscolare spinale e della atrofia muscolare spinale con distress respiratorio. <<<