Sindrome di Rett: un nuovo bersaglio terapeutico

neuroni - foto di GerardLa proteina rpS6 è un fattore chiave nella Sindrome di Rett, infatti i livelli di attivazione di rpS6 si riducono prima che si manifestino i sintomi della malattia. Questa proteina è legata all’attività di mTOR la cui via, se alterata, innesca una cascata di eventi molecolari che porta ad una grave disfunzione nella regolazione della sintesi proteica nei neuroni del cervello che si correla alla perdita di funzionalità dell’intera rete neuronale.

Un team di ricercatori italiani, guidato da Maurizio Giustetto dell’Università di Torino e dell’Istituto Nazionale di Neuroscienze in collaborazione con l’Istituto Scientifico Universitario San Raffaele di Milano, ha scoperto che i livelli di fosforilazione della proteina ribosomale rpS6 diminuiscono di pari passo con l’instaurarsi e con l’aggravarsi della Sindrome di Rett, malattia neurologica di origine genetica causata da mutazioni del gene MECP2.
La ricerca Telethon ha portato alla luce che i difetti genetici a carico di MECP2 interferiscono con la via metabolica di mTOR, determinando in particolare l’alterazione dell’attivazione della proteina rpS6.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Human Molecular Genetics, apre la strada a test con trattamenti farmacologici volti a controllare almeno in parte i sintomi della malattia. Verranno infatti usati farmaci già esistenti – e già provati in trial clinici per altre malattie neurologiche – capaci di modulare l’attività di alcune proteine della via AKT/mTOR, come la proteina rpS6, a livello cerebrale.

L’attivazione della proteina rpS6 dipende dall’attività di mTOR (mammalian target of rapamycin), proteina chinasi fondamentale nella via di controllo della sintesi proteica e del ciclo cellulare. La proteina mTOR integra i segnali provenienti da percorsi superiori, inclusi fattori di crescita, fattori mitogeni, nutrienti, stress e livello di energia della cellula per promuovere la sintesi proteica.

La regolazione della sintesi proteica attraverso la via di mTOR è molto importante per l’organizzazione sinaptica e la sua alterazione è associata alla comparsa di patologie dello sviluppo del sistema nervoso.

La Sindrome di Rett è causata da mutazioni con perdita di funzione a carico del gene MECP2 (methyl-CpG-binding protein 2) presente sul cromosoma X, tuttavia non si conoscono i dettagli molecolari che dalle alterazioni genetiche portano allo sviluppo della malattia.
MECP2 è un regolatore trascrizionale che agisce attraverso meccanismi epigenetici sulla struttura della cromatina ed è la causa del 95% dei casi di Sindrome di Rett.
Mutazioni a carico di questo gene sono state verificate anche in altre patologie neurologiche come la Sindrome di Angelman, disturbi bipolari, schizofrenia giovanile, encefalopatia neonatale ed autismo.

I ricercatori Telethon hanno osservato che le mutazioni del gene MECP2 portano all’alterazione della via mTOR, di conseguenza viene influenzata la fosforilazione di rpS6 nei neuroni corticali e appare inoltre un grave difetto nell’avvio della sintesi proteica a livello cerebrale. Tali alterazioni precedono la comparsa dei sintomi più gravi della Sindrome di Rett.

Le analisi condotte su modello animale hanno evidenziato che i difetti di MECP2 nei neuroni portano a numerosi difetti che coinvolgono la complessità dei dendriti, la trasmissione sinaptica ed altri aspetti connessi con il sistema nervoso.
Almeno su modello animale, le mutazioni di MECP2 nel sistema nervoso centrale si traducono in un fenotipo simile a quello in cui le mutazioni interessano l’intero corpo. Ciò fa pensare che i difetti di questo gene a livello cerebrale siano cruciali nella patogenesi della malattia.

La regolazione della sintesi proteica mediante la via mTOR/PI3K (mammalian target of rapamycin /fosfoinositide 3-chinasi) appare strettamente coinvolta con la funzionalità, struttura e plasticità delle sinapsi. Infatti, nei neuroni in fase post-mitotica, l’attività di mTOR può controllare la dimensione dei neuroni, la traiettoria e la rigenerazione dell’assone, l’arborizzazione dei dendriti e la loro morfologia oltre che la plasticità delle sinapsi – caratteristica dei neuroni di poter modificare le proprie sinapsi.

Tutti questi tratti possono risultare modificati nei mutanti per il gene MECP2 che agisce a livello post-trascrizionale.

Per capire quale difetto potesse avvenire nelle vie intracellulari dei neuroni nel sistema nervoso centrale, i ricercatori hanno condotto analisi immunoistochimiche della proteina rpS6 fosforilata nella corteccia e nell’ippocampo durante 3 stadi diversi dello sviluppo cerebrale su modello murino.
Le analisi dei neuroni nelle prime fasi dello sviluppo post-natale hanno rivelato livelli di rpS6 fosforilata pari a quelli del wild type, tuttavia negli stadi di sviluppo successivi è stata osservata una diminuzione consistente della rpS6 attivata. Nella corteccia la riduzione appare decisamente marcata mentre nell’ippocampo i livelli, seppur bassi, provocano effetti in apparenza meno drammatici rispetto a quelli osservati nella corteccia.
Questi risultati mettono in evidenza che dopo un periodo di attività normale, rpS6 inizia a funzionare meno ed è il momento in cui iniziano i sintomi della malattia.

Proseguendo gli studi, gli scienziati hanno scoperto una disfunzione del tasso iniziale di traduzione a livello dei ribosomi: si tratta di un segnale precoce della malattia che precede o si associa alle prime fasi della degenerazione neurale.

Un errore all’inizio della traduzione può avere un impatto su tutta la traduzione dell’mRNA tanto che la sintesi proteica ne risulta gravemente danneggiata.

Gli studiosi hanno quindi deciso di analizzare i cambiamenti nelle vie intracellulari coinvolte nella sintesi proteica e hanno concentrato la loro attenzione sulla chinasi p70 S6 (S6K) di cui rpS6, una componente della subunità ribosomale 40S, è il principale substrato.
Hanno osservato che i livelli di fosforilazione di S6K sono ridotti nel cervello dei mutanti per MECP2 rispetto al wild type sebbene non ci siano variazioni nell’abbondanza di questa proteina. Stessi risultati sono stati ottenuti per i livelli di fosforilazione di mTOR.

Anche la via rpS6-S6K è strettamente controllata dall’attività della chinasi mTOR.

I risultati dello studio mettono in evidenza un’ampia riduzione della fosforilazione di rpS6 in diverse aree del cervello e in diversi stadi dello sviluppo cerebrale, in particolare p-rpS6 appare ridotta nei neuroni del cervello dei soggetti di sesso femminile con MECP2 in eterozigosi. Tale riduzione viene riscontrata molto presto durante lo sviluppo post-natale e precede il manifestarsi dei primi segni della malattia.

I bassi livelli di fosforilazione di rpS6 rispecchiano nella dinamica il peggioramento delle condizioni neurologiche delle pazienti, pertanto rpS6 potrebbe rappresentare un valido biomarcatore dello sviluppo e della progressione della Sindrome di Rett.

Dallo studio emerge che nella Sindrome di Rett si verifica una disfunzione del segnale AKT/mTOR associata con la progressione della malattia e pare che proprio il cattivo funzionamento della via AKT/mTOR sia responsabile delle alterazioni a carico dei neuroni mutati per il gene MECP2.

L’ipoattivazione della via mTOR e la conseguente scarsa sintesi proteica nelle cellule cerebrali si associa alla riduzione della connettività sinaptica che porta ad una perdita delle prestazioni dell’intera rete neuronale.

Lo studio ha portato allo sviluppo di un modello per l’eziopatogenesi (insorgenza e sviluppo) della Sindrome di Rett in cui le alterazioni nel comportamento indotte da MECP2 mutato possono dipendere da cambiamenti nell’organizzazione sinaptica del cervello.
Tuttavia non sono ancora noti gli eventi che dall’alterazione dell’espressione genica nel cervello portano all’alterazione dei circuiti neuronali.
Un punto cardine è che la via AKT/mTOR risulta un modulatore chiave del processo di traduzione quindi un suo difetto provoca una cattiva regolazione dei livelli di espressione genica e ciò va a minare pesantemente il controllo della sintesi proteica con ripercussioni sia a livello locale sia globale.

I ricercatori pensano che la compromissione funzionale dei geni coinvolti nella Sindrome di Rett potrebbe rivelarsi la somma dei difetti a carico della via metabolica AKT/mTOR che si ripercuote sul processo di traduzione che regola l’espressione genica e a questo segue una limitata capacità di sintetizzare proteine funzionanti.

E’ stato osservato che le anomalie nella sintesi proteica avvengono nei primi stadi di sviluppo della sindrome di Rett sebbene allo stato attuale i ricercatori non sappiano se questo difetto nel processo di traduzione sia la causa della malattia o sia uno dei primi effetti, tuttavia appare chiaro un suo contributo alla progressione della malattia.

Sindrome di Rett

La Sindrome di Rett è una malattia rara dello sviluppo neuronale che colpisce il sesso femminile in età pediatrica ed è causata, in oltre il 90% dei casi, da mutazioni del gene MECP2 (methyl-CpG binding-protein 2) localizzato sul cromosoma X.
La malattia non è in genere ereditaria ed è dovuta invece a mutazioni sporadiche che si verificano soltanto nel soggetto malato.

Le bambine affette dalla Sindrome di Rett mostrano uno sviluppo cerebrale apparentemente normale fino a 6-18 mesi di vita, poi inizia un rallentamento della crescita e una perdita irreversibile delle abilità fino a quel momento acquisite con la comparsa di disfunzioni psicomotorie e ritardo mentale grave.

Nella Sindrome di Rett il problema sembra scaturire dall’incapacità delle sinapsi di trasmettere correttamente l’impulso nervoso e questo mina alla base la comunicazione tra i neuroni. Non si tratta quindi di una malattia neurodegenerativa in cui le cellule del sistema nervoso vengono progressivamente distrutte, come avviene per esempio nell’Alzheimer o nella corea di Huntington.

Ad oggi la Sindrome di Rett non ha cura, sono tuttavia disponibili una serie di trattamenti che comprendono fisioterapia, logopedia e farmaci che hanno lo scopo di cercare di ottimizzare le abilità delle pazienti, ridurre i movimenti stereotipati e portare, per quanto possibile, ad una migliore qualità di vita.
Per questa malattia la strada della terapia genica è ancora molto lunga e difficile, bisogna infatti pensare che in tutte le persone di sesso femminile – che hanno quindi due cromosomi sessuali di tipo X – ogni cellula inattiva uno dei due cromosomi ed il processo è casuale pertanto le bambine con Sindrome di Rett avranno un mosaico composto da alcune cellule con il cromosoma contenente il difetto genetico ed altre con il cromosoma X privo di tale difetto in una percentuale variabile da caso a caso e proporzionale alla gravità dei sintomi della malattia.

Fonti

S. Ricciardi, E. Boggio, S. Grosso, G. Lonetti, G. Forlani, G. Stefanelli, E. Calcagno, N. Morello, N. Landsberger, S. Biffo, T. Pizzorusso, M. Giustetto, V. Broccoli, “Reduced AKT/mTOR signaling and protein synthesis dysregulation in a Rett syndrome animal model”. Human Molecular Genetics, 2011

Si ringrazia Telethon per la collaborazione

Telethon ha supportato fino ad oggi 10 progetti di ricerca sulla Sindrome di Rett, per un finanziamento totale di oltre 2 milioni di euro.