Conoscere la malattia di Pelizaeus-Merzbacher (o PMD)

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Articolo rivisto da Pr. Nicole Wolf

La malattia di Pelizaeus-Merzbacher (o PMD) è una rara malattia genetica della famiglia delle leucodistrofie. La sua frequenza è di 1 su 100.000 nascite. Fa parte delle leucodistrofie ipomielinizzanti, malattie della sostanza bianca caratterizzate da un deficit permanente di mielina a livello cerebrale.

La malattia di Pelizaeus-Merzbacher prende il suo nome dai due medici tedeschi che la descrissero all'inizio del ventesimo secolo. Nel 1885, una famiglia aveva cinque figli che presentavano un movimento oscillatorio involontario degli occhi, spasticità negli arti, controllo molto limitato della testa e del tronco e un ritardo nello sviluppo cognitivo. Venticinque anni dopo, nel 1910, un riesame mostrò che 14 membri di quella stessa famiglia erano affetti dalla malattia, comprese due figlie, e che tutti discendevano da uno stesso parente. All'epoca si notò anche che la malattia non veniva mai trasmessa da padre a figlio, fatto da allora noto per essere una caratteristica delle malattie genetiche in cui il gene responsabile si trova sul cromosoma X.

La malattia di Pelizaeus-Merzbacher si presenta sotto diverse forme a seconda dell'età di insorgenza dei primi sintomi: la forma neonatale e la forma cosiddetta "classica", che si presenta entro il primo anno di età. Sono state descritte altre due forme meno gravi: la paraplegia spastica di tipo 2 (che include la forma recentemente descritta, HEMS - Hypomyelination of Early Myelinating Structures) e il fenotipo PLP1 nullo.

Il gene la cui mutazione è responsabile della malattia di Pelizaeus-Merzbacher è il gene PLP1, che si trova sul cromosoma sessuale X (in Xq22.2). Per questo motivo uomini e donne non manifestano la malattia allo stesso modo, e la malattia colpisce tipicamente i ragazzi o gli uomini. Questo gene codifica per la proteina proteolipidica 1 (PLP1): Ad oggi sono state descritte 188 mutazioni che causano la malattia.

“PMD-like”

Una piccola percentuale di pazienti che presenta il fenotipo caratteristico della malattia di Pelizaeus-Merzbacher non presenta mutazioni nel gene PLP1. Tali pazienti sono riconosciuti come affetti da una malattia di tipo Pelizaeus-Merzbacher. Sono state identificate mutazioni in altri geni (ad esempio GJC2). Solitamente, quindi, il termine Pelizaeus-Merzbacher-like disease (PMLD) viene usato per indicare la somiglianza di queste malattie, "like" in inglese.

Mutazioni genetiche

Duplicazioni: moltipicazione per due

Da quando nel 1989 venne rivelato che le mutazioni nel gene PLP1 causano la malattia di Pelizaeus-Merzbacher, è stato stabilito che la maggior parte dei casi di Pelizaeus-Merzbacher sono dovuti a duplicazioni (o più raramente triplicazioni o anche quintuplicazioni) dell'intero gene PLP1 . Infatti, le duplicazioni si trovano in circa il 50-75% delle famiglie colpite. Le duplicazioni portano alla forma classica della malattia che si manifesta precocemente e presenta spesso sintomi gravi.

La dimensione e la posizione del frammento duplicato varia da una famiglia all'altra. Il gene PLP1 misura circa 30.000 basi. Le più piccole duplicazioni conosciute sono di circa 100.000 basi di DNA, mentre la più grande identificata fino ad oggi è di oltre 5 milioni di basi. Il frammento di DNA duplicato può quindi essere molto più grande del solo gene PLP1. Si pensa che anche altri geni possano essere coinvolti nelle differenze neurologiche esistenti tra le famiglie, geni a loro volta duplicati e situati prima o dopo il gene PLP1 sul cromosoma X.

Attualmente si ritiene che la duplicazione comporti un eccesso di produzione di proteina. Le proteine accumulate sono tossiche per le cellule chiamate oligodendrociti che producono mielina intorno agli assoni dei neuroni.

Mutazioni puntiformi

Le mutazioni puntiformi sono presenti nel 30-40% dei pazienti affetti dalla malattia di Pelizaeus-Merzbacher. Sono state identificate molte mutazioni puntiformi di PLP1 . La maggior parte di queste mutazioni puntiformi sono uniche per una famiglia. Trattandosi di mutazioni uniche, è difficile prevedere l’evoluzione della malattia in questi pazienti, soprattutto se non ci sono stati casi precedenti della malattia nella famiglia.

Mutazioni non codificanti

Recentemente, sono state trovate mutazioni non codificanti in una parte circoscritta del gene PLP1. Queste mutazioni provocano una relativa sottoespressione della proteina PLP1 rispetto alla proteina DM20 (una forma più piccola della proteina PLP1). Essa è espressa principalmente nel sistema nervoso periferico e durante alcune fasi della mielinizzazione. La risonanza magnetica del cervello è in questi casi caratteristica. Mostra l'ipomielinizzazione precoce delle strutture normalmente mielinizzate, da cui l'acronimo HEMS (Hypomyelination of Early Myelinating Structures).

Mutazioni nulle

Infine, ci sono pazienti con la malattia di Pelizaeus-Merzbacher in cui il gene PLP1 è completamente assente o con una mutazione all'inizio del gene risultante in una completa mancanza di produzione della proteina. Sorprendentemente, queste mutazioni, chiamate nulle, portano a una sindrome più lieve rispetto alle duplicazioni di PLP1 o alla maggior parte delle mutazioni puntiformi. Tuttavia, le condizioni dei pazienti si deteriorano; questa forma è infatti meno benigna di quanto si pensasse inizialmente.

Conseguenze delle mutazioni

La gravità di una mutazione dipende generalmente da come la struttura della proteina viene modificata dalla mutazione stessa. Le mutazioni che causano modifiche importanti nella struttura di PLP1 (o un cattivo ripiegamento della proteina) provocano la risposta della proteina ripiegata che porta alla morte degli oligodendrociti (vedi inserto).

Le mutazioni alterano solo moderatamente la struttura della proteina, non inducendo la ritenzione proteica nella cellula e causando poca o nessuna degenerazione degli oligodendrociti. Si tratta del caso delle mutazioni nulle, dove la proteina PLP1 è completamente assente e non ripiegata in modo scorretto. Non c'è tossicità legata al cattivo ripiegamento della proteina.

Sintomi della malattia

La malattia di Pelizaeus-Merzbacher è caratterizzata da un nistagmo pendolare, cioè un movimento oscillatorio involontario degli occhi, tremore della testa e ipotonia, ma anche ritardo nello sviluppo, spasticità (contrazione muscolare) e un deficit intellettuale variabile. Lo spettro clinico della malattia è ampio; si descrivono due forme della malattia secondo l’età di insorgenza e la gravità dei sintomi: la forma classica della malattia e la forma neonatale.

Immagine a risonanza magnetica: MRI rappresentative che mostrano sostanza bianca normale, a sinistra, e sostanza bianca ipomielinizzata, a destra, in un bambino affetto dalla malattia di Pelizaeus-Merzbacher. Crediti fotografici: Nicole Wolf

Forme della malattia

·PMD classica

La forma classica della malattia di Pelizaeus-Merzbacher è la forma più comune e insorge entro il primo anno di età. I primi sintomi includono debolezza muscolare, movimenti involontari degli occhi (nistagmo) e sviluppo motorio ritardato nel primo anno di vita. Questi ritardi nello sviluppo motorio e cognitivo si verificano in gradi variabili. Alcuni pazienti, per esempio, sviluppano la capacità di camminare autonomamente, mentre altri acquisiscono il controllo della testa ma sono dipendenti da una sedia a rotelle. In generale, la disabilità motoria è più grave della disfunzione cognitiva.

·PMD neonatale

La forma neonatale della malattia è la più grave: comporta un ritardo nello sviluppo mentale e fisico e gravi sintomi neurologici. I segni della malattia possono essere presenti alla nascita o apparire nelle prime settimane di vita. Questi bambini mostrano un arresto dello sviluppo nelle tappe principali, come il controllo della testa, e sono spesso costretti a letto per tutta la vita.

·Paraplegia spastica di tipo 2 (SPG2)

Questi pazienti rappresentano circa il 20% dei casi della malattia.

Forma pura

La paraplegia spastica di tipo 2 è definita pura quando l'unico fenotipo presente è la paraplegia spastica, cioè una paralisi più o meno completa di entrambi gli arti inferiori associata a spasmi, convulsioni, dovuta a un'esagerazione del riflesso osteotendineo[1]. Nella forma più lieve della malattia di Pelizaeus-Merzbacher, i pazienti affetti da paraplegia spastica pura di tipo 2 non presentano altre manifestazioni neurologiche.
[1] Esagerazione del riflesso osteotendineo: resistenza involontaria a un movimento imposto, che aumenta con la velocità del movimento.

Forma complessa

Quando alla paraplegia spastica si aggiungono caratteristiche neurologiche, si parla di “paraplegia spastica complessa di tipo 2”. Queste caratteristiche neurologiche aggiuntive includono un lieve deficit intellettuale, atrofia ottica, nistagmo e atassia che compaiono nei primi anni di vita. I casi più moderati mostrano una paraplegia spastica con una lieve deficienza cognitiva.

 

Forme della malattia di Pelizaeus-Merzbacher: conseguenze delle mutazioni genetiche
Neonatale: forma neonatale della malattia di Pelizaeus-Merzbacher; Classica: forma classica della malattia di Pelizaeus-Merzbacher; SPG2: Paraplegia spastica di tipo 2. PLP1: proteina proteolipidica 1. Guadagno di funzione: un aumento dell'attività normalmente svolta dalla proteina. Effetto della dose: il livello di attività dipende dalla dose di proteina formata. Perdita di funzione: assenza dell'attività normalmente svolta dalla proteina.
Adattato da Inoue Front Mol Biosci. 2017

La diversità delle mutazioni responsabili della malattia di Pelizaeus-Merzbacher illustra il delicato equilibrio attuato dal programma genetico. Le proteine prodotte da ogni gene, come la proteina PLP1, devono essere prodotte da ogni gene nel posto giusto al momento giusto, e in quantità che non sono né troppo grandi né troppo piccole. 

Diagnosi della malattia

La malattia di Pelizaeus-Merzbacher è suggerita dal quadro clinico e dalle anomalie della sostanza bianca riscontrate con MRI. La risonanza magnetica mostrerà un'ipomielinizzazione completa (forma neonatale e alcune forme transitorie), parziale (per la forma moderata) o diffusa (malattia di Pelizaeus-Merzbacher, mutazione nonsenso di PLP1). Il test dei "potenziali evocati uditivi del tronco cerebrale[1]" può essere utile per differenziare la malattia di Pelizaeus-Merzbacher (assenza di onde II-V) dalla malattia “PMD-like” (onde II-V registrabili). Un test genetico conferma la diagnosi.
[1] Il test dei “potenziali evocati uditivi del tronco cerebrale” misura come il cervello elabora i suoni ascoltati.

Consulenza genetica

Quando una mutazione del gene PLP1 viene identificata in una famiglia, è possibile effettuare uno screening dei membri della famiglia per verificare la presenza della mutazione e fornire una diagnosi prenatale per i genitori a rischio di trasmettere la malattia. La malattia è trasmessa in modalità recessiva, collegata al cromosoma X. Un ragazzo nato da madre portatrice ha il 50% di probabilità di presentare la mutazione e di sviluppare la malattia, mentre una ragazza ha il 50% di probabilità di essere a sua volta portatrice. Tutte le figlie di un uomo affetto saranno portatrici, ma nessuno dei figli sarà affetto.

Il meccanismo semplificato porta alla malattia

Circa il 75% della mielina è composto da grassi e colesterolo, il restante 25% è composto da proteine. La proteina proteolipidica 1 (PLP1), conosciuta anche come lipofilina, costituisce circa la metà delle proteine della mielina e ne è la componente più abbondante (oltre ai lipidi). La proteina PLP1 è prodotta dal gene PLP1, nel reticolo endoplasmatico delle cellule, gli oligodendrociti, ed è poi incorporata nella membrana cellulare che circonda gli assoni, gli assoni in cui viaggiano le informazioni nervose. In questo modo si forma la mielina.

Quando c'è una duplicazione del gene, la proteina viene prodotta in eccesso. La ricerca sugli animali ha mostrato che l'eccesso di PLP1 si accumula all'interno della cellula, invece di essere diretto verso la membrana cellulare per essere incorporato nella mielina. Le mutazioni puntiformi e altre piccole mutazioni di solito risultano nella sostituzione di un aminoacido con un altro, o impediscono alla PLP1 di essere prodotta in tutta la sua lunghezza. Questo probabilmente si traduce in una proteina che non può piegarsi correttamente o in una proteina che non può più interagire con altri componenti della mielina. Tali proteine mutanti sono tossiche per gli oligodendrociti e impediscono loro di produrre mielina normale.

La PLP 1 rappresenta normalmente il 50% delle proteine totali presenti nel sistema nervoso centrale e solo l'1% nei nervi periferici. Questo spiega perché il sistema nervoso centrale viene colpito dalla malattia di Pelizaeus-Merzbacher, mentre il sistema nervoso periferico non lo è. Tuttavia, in casi eccezionali (le mutazioni "nulle"), viene colpita anche la mielina dei nervi periferici.

Come con altre leucodistrofie ipomielinizzanti, la bassa quantità di mielina prodotta nei pazienti affetti dalla malattia di Pelizaeus-Merzbacher impedisce l'acquisizione di competenze nonché la perdita di abilità.

Trattamenti

Gestione quotidiana della malattia

Attualmente, il trattamento della malattia di Pelizaeus-Merzbacher consiste in una terapia sintomatica di supporto. Essa può includere farmaci contro la rigidità e la spasticità, presenti nella maggior parte dei pazienti dopo alcuni anni. In caso di convulsioni o episodi simili a crisi, possono essere necessari farmaci antiepilettici, anche se in generale l'epilessia non si verifica frequentemente.

La rieducazione funzionale è utile per mantenere la flessibilità delle articolazioni e massimizzare le capacità del paziente. Stampelle o deambulatori possono aiutare a camminare. La chirurgia ortopedica può anche aiutare a ridurre le contratture, i blocchi articolari causati dalla spasticità o la scoliosi della colonna vertebrale.

Se la parola o la deglutizione è compromessa, un logopedista può fornire consigli importanti. Quando la deglutizione è gravemente compromessa, un tubo di alimentazione, inserito direttamente nello stomaco, può aiutare ad aumentare l'assunzione di alimenti. Anche integratori di vitamina D e calcio possono rivelarsi utili.

La gestione dei pazienti affetti dalla malattia di Pelizaeus-Merzbacher è multidisciplinare e coinvolge molte specialità mediche. Il ruolo dei genitori e dei parenti è fondamentale.

Trapianto di cellule staminali neurali umane

È stato condotto un primo studio clinico per valutare la sicurezza e l'efficacia delle cellule staminali neurali umane nel trattamento della malattia di Pelizaeus-Merzbacher. Si è trattato di un test di terapia cellulare, condotto usando una banca di cellule staminali. Lo scopo della sperimentazione era quello di iniettare al paziente cellule staminali normali che potessero produrre mielina, e di valutarne la sicurezza.

Quattro bambini con una grave forma precoce della malattia di Pelizaeus-Merzbacher hanno ricevuto ciascuno 300 milioni di cellule iniettate in ognuno degli emisferi cerebrali. Per evitare un rigetto immunitario delle cellule trapiantate, è stata somministrata un’immunosoppressione durante i 9 mesi in prossimità del trapianto. I pazienti sono stati seguiti per dodici mesi dopo il trapianto. Pubblicati alla fine del 2012, i risultati hanno indicato un buon profilo di sicurezza, obiettivo di questo primo studio. La valutazione clinica ha inoltre rivelato lievi miglioramenti motori e cognitivi in tre dei quattro pazienti; il quarto paziente è rimasto clinicamente stabile. Inoltre, le risonanze magnetiche suggerivano una produzione minima di mielina nell'area del trapianto, che persisteva o addirittura migliorava nel tempo. Questi quattro pazienti si trovano ora in fase di follow-up a lungo termine.

Terapia cellulare con le cellule del paziente stesso

Un nuovo approccio di terapia cellulare è attualmente in fase di sviluppo. L'idea è quella di usare le cellule del paziente stesso, invece che cellule estranee di un donatore. Questo approccio ricorre alla tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte, iPSC (vedi ELA info 97).

Da un campione di pelle o di sangue, le cellule del paziente sono trasformate (indotte) di nuovo in cellule staminali mediante stimolazione di determinati geni. Sono poi corrette in laboratorio per non portare più la mutazione responsabile della malattia di Pelizaeus-Merzbacher. Le cellule così corrette potrebbero quindi essere reiniettate nel paziente per produrre mielina normalmente. I primi test molto incoraggianti sono stati condotti sui topi e fanno sperare nella realizzazione di studi clinici e in un trattamento per questa malattia orfana.

ELA sostiene i medici e i ricercatori che lavorano sulla malattia di Pelizaeus-Merzbacher. La ricerca deve continuare a migliorare la comprensione della patogenesi della malattia e lo sviluppo di trattamenti specifici e, idealmente, sviluppare una cura. La speranza è dunque riposta nella terapia cellulare e nelle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) come fonte di progenitrici neurali[1] nel trattamento della malattia di Pelizaeus-Merzbacher.
[1] Progenitrici neurali: cellule capaci di moltiplicarsi e trasformarsi in tutti i tipi di cellule neurali, cioè neuroni, astrociti o oligodendrociti che producono mielina.