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La malattia: approfondimento

COSA sono la variante di Hanefeld della sindrome di Rett e le patologie connesse al gene CDKL5.

Sul nostro cromosoma X vi sono diversi geni tra cui anche CDKL5.

CDKL5 porta alla produzione di una proteina, particolarmente abbondante nelle cellule del cervello e di importanza fondamentale per un corretto funzionamento del sistema nervoso. Se il gene CDKL5 subisce una mutazione o viene perso, la mancata produzione della omonima proteina o la produzione di una proteina alterata, che non funziona correttamente o non funziona del tutto, porta all’insorgenza di gravi disturbi neurologici che in genere si manifestano nei primi mesi di vita. 

La prima descrizione di una di queste forme è da attribuire al dott. Hanefeld che nel 1985 la diagnosticò in pazienti di sesso femminile affetti da una forma variante della sindrome di Rett (inserire link che vi comunicheremo prossimamente) e caratterizzati da spasmi infantili e da un’anormale attività cerebrale (ipsaritmia). Successivamente, la definizione di "variante con epilessia ad esordio precoce" o [variante di Hanefeld]  è stata estesa ad includere pazienti con forme di Rett atipiche caratterizzate dall’ esordio nelle prime settimane o mesi di vita di manifestazioni epilettiche spesso difficili da trattare farmacologicamente. Le mutazioni nel gene CDKL5 sono poi state anche riscontrate in pazienti affetti da spasmi infantili associati al cromosoma X (ISSX) o sindrome di West, ritardo mentale e autismo. Benchè queste patologie affliggano prevalentemente le bambine, oggi sono stati riportati diversi casi di bambini mutati in CDKL5 e caratterizzati da un quadro clinico del tutto sovrapponibile.

Diversi sono i sintomi che possono essere presentati dai pazienti mutati in CDKL5; in genere , come già anticipato, sono tutti accomunati dalla comparsa nelle prime settimane di vita di gravi crisi epilettiche, spesso farmaco resistenti.
Schematicamente riassumiamo alcune delle caratteristiche più frequentemente riscontrate nei pazienti “CDKL5”, volendo però sottolineare che non tutte sono sempre presenti.
Tra i sintomi neurologici più comuni vi sono appunto le crisi epilettiche che di fatto possono essere di diverse forme (spasmi infantili, epilessia tonico clonico generalizzata) , crisi focali, epilessia mioclonica ecc); diversi tipi di crisi possono ritrovarsi nel medesimo paziente e cambiare nel tempo. Spesso i pazienti trattati con farmaci anti-epilettici hanno un periodo in cui i farmaci dimostrano la loro efficacia, purtroppo seguito dalla ricomparsa delle crisi. I dati di imaging neuronale e di EEG disponibili non permettono ancora di riconoscere alterazioni tipiche della malattia. Associata all’epilessia i pazienti mutati in CDKL5 in genere mostrano un ritardo psicomotorio di varia entità, movimenti stereotipati delle mani, tratti autistici, difficoltà del linguaggio, severa ipotonia muscolare.
Rispetto ai pazienti affetti dalla sindrome di Rett classica, questi pazienti sono caratterizzati dalla mancanza di un periodo di sviluppo normale, da un parziale uso delle mani e da una scarsa ricerca del contatto visivo.
Disfunzioni del sistema nervoso autonomo come alterazioni dell'attività respiratorie ed estremità fredde possono essere presenti nei pazienti CDKL5, mentre sono una caratteristica più costante dei pazienti Rett. Spesso i bambini mutati in CDKL5 hanno particolari caratteristiche del viso, come occhi grandi e ben definiti, labbro inferiore prominente e l’arcata dentale superiore in avanti.

• La causa 
  In genere le mutazioni di CDKL5 vengono ritenute responsabili della malattia se si ritrovano nel paziente e non nei genitori sani. Pertanto queste mutazioni sorgono "de novo" al momento del concepimento.

• La diagnosi
  La diagnosi iniziale è di tipo clinico, ovvero per i sintomi clinici presentati dal paziente i medici che lo hanno in cura diagnosticano la possibilità di avere una mutazione nel gene CDKL5 e viene quindi richiesta un’analisi molecolare. Tale analisi viene effettuata prelevando il sangue venoso del paziente e mandando a sequenziare il DNA in uno dei centri di riferimento. L’intera porzione del gene CDKL5 che porta alla sintesi della proteina viene sequenziata e la sequenza ottenuta confrontata con una di riferimento e non patologica. L’eventuale presenza di alterazioni di questo gene normalmente richiede la stessa analisi sul DNA dei genitori. Se, come detto, l’alterazione genetica di CDKL5 è presente solo nel paziente si ha una conferma molecolare della diagnosi clinica. Se il paziente risulta negativo, questo non invalida la possibile diagnosi clinica. Infatti, al momento si stima che il gene CDKL5 sia mutato all’incirca nel 15% dei pazienti presentanti un quadro clinico simile a quello sopra descritto. Qualora il paziente non avesse mutazioni in CDKL5 in genere il suo DNA viene analizzato con altre tecniche di genetica molecolare per evidenziare quali altri difetti cromosomici possa portare o quali altri geni possano essere mutati. Ad oggi ci sono ancora una significativa percentuale di pazienti che pur avendo il severo quadro clinico descritto non hanno ancora una riconosciuta causa molecolare.

• La cura 
  La malattia è di individuazione molto recente; mancano quindi molte informazioni. Innanzitutto non sappiamo se si tratti di una malattia neurodegenerativa o dello sviluppo o mantenimento dei neuroni. Queste conoscenze, così come una chiara comprensione del ruolo che il gene CDKL5 svolge normalmente nelle nostre cellule nervose permetteranno di comprendere quale strada debba essere seguita per guarire o per lo meno migliorare i sintomi che caratterizzano i pazienti CDKL5.

COSA SAPPIAMO DI CDKL5 O COSA CREDIAMO FACCIA CDKL5?

Come la maggior parte dei geni, il gene CDKL5 serve a sintetizzare una proteina omonima, la proteina CDKL5 appunto. Gli studi sulle funzioni di questa proteina soni iniziati solamente nel 2005; qua riassumiamo solamente le principali informazioni ad aggi acquisite. Tecnicamente, CDKL5 è una chinasi, ovvero è una proteina che attacca una molecola di fosfato su altre proteine. Le proteine scelte per “questo attacco” non sono casuali ma specifici bersagli. A cosa serve questo attacco? Serve a cambiare la funzione della proteina bersaglio. Per capirci possiamo paragonare la proteina bersaglio a un’automobile, dotata di proprie caratteristiche e funzioni, quali una certa velocità massima, un certo consumo energetico, una certa capacità inquinante. E ora possiamo immaginare che la nostra chinasi sia come un meccanico che girando viti o stringendo bulloni può cambiare, in meglio o in peggio, le proprietà sopra descritte. Ecco cosa è CDKL5, una proteina che con la sua attività cambia il modo di funzionare delle altre proteine bersaglio. Dove lo fa? Probabilmente lo fa in tanti tessuti diversi, perché sappiamo che è espressa un po’ ovunque nel nostro corpo, ma lo fa certamente molto nel cervello, perché qua di CDKL5 ce n’è molta di più. Sappiamo inoltre che CDKL5 compare nel cervello quando questo inizia a maturare e poi rimane anche nell’adulto; questo ci fa pensare che CDKL5 serva principalmente da quando, dopo la nascita, iniziamo ad acquisire informazioni dall’ambiente esterno e a elaborarle per apprendere e memorizzare. Oggi non sappiamo quanti e quali siano le proteine bersaglio regolate da CDKL5. Sappiamo però che molto probabilmente una di queste è proprio MeCP2, ovvero la causa della sindrome di Rett classica. Ecco perché le due malattie in alcuni aspetti si assomigliano. Certamente ancora non sappiamo se davvero CDKL5 regola MeCP2, quale sia la conseguenza di questa regolazione. Ad oggi non esiste ancora un topo mutato in CDKL5 che possa essere usato come modello della malattia, per comprendere meglio cosa non funzioni. Però sono state coltivate delle cellule nervose (neuroni) prive di CDKL5 e si è visto che se manca questa chinasi i neuroni hanno una forma diversa (qui metteremo le foto dei neuroni) e il difetto osservato sembra suggerire la presenza di difetti di comunicazione tra le cellule nervose. Vale la pena ricordare che il nostro cervello si basa su una serie fittissima di contatti tra miliardi di cellule nervose, fondamentali per apprendere, memorizzare, rispondere agli stimoli, all’ansia, potersi muovere etc. etc. Inoltre si è visto che se manca CDKL5, i neuroni durante lo sviluppo fanno fatica a disporsi in maniera corretta. Tutto ciò testimonia ancora una volta la probabile presenza di un errore di comunicazione tra le cellule nervose.

COSA E’ IMPORTANTE SAPERE/SVILUPPARE NEL PROSSIMO FUTURO?

Innanzitutto è importante ricordare come la storia delle progressive e veloci scoperte scientifiche ottenute nello studio della sindrome di Rett forniscano una traccia del percorso da seguire negli studi su CDKL5. Quindi, riassumendo schematicamente alcune delle tappe principali da sviluppare nel prossimo futuro, possiamo immaginare sia necessario:
Produrre un modello murino (topo) privo del gene CDKL5;
Usare degli artifici di ingegneria genetica applicata al topo per comprendere in quali regioni del cervello CDKL5 svolga le sue principali funzioni
Usare approcci di terapia genica o ingegneria genetica sui topi per capire se la malattia sia reversibile;
Trovare le molecole bersaglio di CDKL5 per capire i difetti associati alla loro mancata regolazione e se esistono farmaci o altri approcci terapeutici;
Trovare le proteine che regolano le funzioni di CDKL5 per capire se si può intervenire terapeuticamente su queste;
Trovare quali geni si esprimano scorrettamente se CDKL5 non funziona, di nuovo per sviluppare approcci terapeutici;
Scoprire quali sono i difetti molecolari associati ad alcune mutazioni patogeniche per comprendere se sia possibile associare a alcune mutazioni specifici quadri clinici.

SI RINGRAZIANO

Prof. Nicoletta Landsberger PhD Labroratory of Genetic and Epigenetic Control of Gene Expression – Department of Structural and Functional Biology University of Insubria - Busto Arsizio (Varese) Italy

Prof. Charlotte Kilstrup-Nielsen PhD

per la disponibile collaborazione nella stesura e revisione dei testi scientifici e per le traduzioni.