RICERCA ITALIANA     

Identificazione e caratterizzazione di mutazioni di geni coinvolti nell'ipertermia maligna e nel central core disease.

Università degli Studi di Siena

Abstract

Il termine meccanismo di “accoppiamento eccitazione-contrazione” (EC coupling) si riferisce al processo secondo il quale un impulso nervoso diretto ad una fibra muscolare è in grado di indurne la contrazione. Nell’ambito di tale processo, i recettori della rianodina (RyR1 e RyR2 nel muscolo scheletrico e cardiaco, rispettivamente) rappresentano un elemento centrale, enfatizzato dall’individuazione di numerose mutazioni nei rispettivi geni associate a malattie genetiche muscolari. Mutazioni nel gene RYR1 sono state osservate in pazienti con ipertermia maligna (MH), central core disease (CCD), multiminicore disease (MmD) e miopatia centronucleare (CNM). Mutazioni nel gene RYR2 sono state invece osservate in una forma di displasia aritmogenica di tipo 2 del ventricolo destro (ARVD2), tachicardia ventricolare catecolaminergica polimorfica (CPTV) e morte improvvia. Nonostante il linkage genetico tra queste malattie e la comparsa di mutazioni nei geni RyR1 e RyR2 sia stato chiaramente definito, i meccanismi molecolari alla base delle alterazioni nel segnale calcio intracellulare responsabili dell’insorgenza di tali malattie non sono stati ancora completamente chiariti. In aggiunta, non è ad oggi possibile stabilire un’espressione fenotipica tipica specifica per le diverse miopatie legate a mutazioni nel gene RyR1, così come eventuali correlazioni genotipo-fenotipo sono ancora poco definite sia per MH/CCD che per altre miopatie, a causa dell’estrema eterogeneità che si osserva >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Daniela Rossi Università degli Studi di SIENA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Un ampio spettro di malattie genetiche della muscolatura striata risulta associato a mutazioni in geni che codificano per canali ionici. Tali malattie sono pertanto definite come “canalopatie” muscolari (Jurkatt-Rott and Lehmann-Horn, 2005). In particolare, diverse canalopatie muscolari sono causate da alterazioni di canali che regolano i flussi di calcio dall’ambiente extracellulare verso il citoplasma e/o verso i compartimenti intracellulari. Mutazioni in proteine coinvolte nel meccanismo di accoppiamento eccitazione-contrazione e nei meccanismi di estrusione del Ca2+ sono state osservate in diverse malattie della muscolatura scheletrica e cardiaca. Ad esempio mutazioni nel gene SERCA1 che codifica per le pompe Ca2+ del reticolo endo/sarcoplasmatico sono responsabili della sindrome di Brody (Odermatt et al., 1996). Mutazioni nel gene CACNA1S che codifica per la subunità alpha 1 (alpha 1S DHPR) del recettore della diidropiridina (DHPR), un canale calcio voltaggio dipendente localizzato sulle membrane dei tubuli T, sono state osservate in pazienti affetti da paralisi periodica ipocalemica (Jurkatt-Rott et al., 1994; Fontaine et al., 1994; Elbaz et al. 1995), o da ipertermia maligna (MH)(Monnier et al. 1997; Jurkat-Rott et al. 2000). Mutazioni nel gene RYR1 che codifica per l’isoforma scheletrica del recettore della rianodina (RyR1), un canale Ca2+ intracellullare localizzato sulle membrane giunzionali del reticolo sarcoplasmatico, sono associate a diverse malattie genetiche >>>

Risultati parziali attesi

Lo scopo di questo progetto è l’analisi degli aspetti genetici e funzionali dell’MH/CCD. Entrando nel dettaglio pensiamo di estendere lo screening delle mutazioni di RYR1 e definire l’epidemiologia molecolare nei pazienti Italiani con MH/CCD o altre miopatie. Questo punto sarà sviluppato per tutta la durata del progetto, in base alla disponibilità di pazienti da analizzare. Attualmente le Unità Rossi e Carsana analizzano 40-50 pazienti l’anno. Quindi, durante lo sviluppo del progetto, ci si aspetta di estendere lo screening delle mutazioni di RyR1 ad un numero sostanziale di pazienti affetti da MH/CCD o altre miopatie, al fine di ottenere analisi statistiche significative sulla frequenza mutazioni di RYR1 in pazienti Italiani. I pazienti che non presentano mutazioni in RYR1, saranno analazzati per verificare la presenza di mutazioni in altri loci MH. Le stesse considerazioni sono valide per quanto riguarda la raccolta di dati sulle analisi di RNA/proteine, tenendo conto che in questo caso la qualità e la quantità delle biopsie può costituire un elemento determinante nella riuscita dell’esperimento.
Infine, per quanto riguarda gli studi funzionali, l’Unità Fulceri possiede una lunga esperienza in esperimenti di rilascio di calcio, sia in cellule singole sia in popolazioni cellulari. Il lavoro sperimentale partirà con le analisi funzionali sui canali RyR1 con mutazioni note, dei quali sono già disponibili linfociti B immortalizzati e cloni di cellule HEK293 >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il gene per il recettore della rianodina di tipo 1 (RYR1) codifica per l’isoforma scheletrica del recettore della rianodina che regola il rilascio di calcio dal reticolo sarcoplasmatico (SR). Insieme al recettore della diidropiridina, localizzato sui tubuli T, esso rappresenta una delle principali proteine coinvolte nel meccanismo di accoppiamento eccitazione-contrazione (Rios e Pizarro, 1991). Nel 1990, MacLennan e collaboratori hanno dimostrato che mutazioni nel gene RyR1 sono associate a ipertermia maligna (MH,MIM 14560), una malattia farmacogenetica autosomica dominante indotta da anestetici e farmaci miorilassanti. Le manifestazioni cliniche di tale malattia includono ipertermia, accelerazione del metabolismo muscolare, contrazione muscolare, tachicardia e morte del paziente se non trattato opportunamente. Fino ad oggi sono state descritte più di 150 mutazioni nel gene RyR1, di cui 29 sono considerate causative secondo il criteri definiti dall’European Malignant Hyperthermia Group (www.emhg.org). Lo screening dell’intero gene effettuato nella popolazione italiana (Galli et al., 2006), giapponese (Ibarra et a., 2006) e nord americana (Sambuughin et al., 2005) ha evidenziato che più del 70% dei pazienti MH è portatore di mutazioni in RYR1. In aggiunta a MH, mutazioni in RYR1 sono state descritte anche in altre miopatie congenite, quali la central core disease (CCD), multiminicore disease (MmD) e miopatia centronucleare (CNM). CCD (MIM 117000) è una malattia neuromuscolare >>>