Anemie - classificazione, con epigenetica e imprinting

Le anemie

Si può fare diagnosi di anemia tramite uno striscio di sangue, in quanto tutte le anemie presentano anisopoichilocitosi (aniso = non uguale, poichilo = dove i globuli rossi non sono mostruoso, citosi = cellularità), tutti uguali tra loro e sono "a bersaglio" (con puntino al centro). Questa condizione è dovuta a difetti di produzione dei globuli rossi, o al processo di eliminazione dei globuli rossi invecchiati ad opera dei macrofagi della milza che non rimuovono il globulo rosso per intero con un’unica fagocitosi, bensì un po’ alla volta, soprattutto se è alterato: si parla di pitting (sbecchettamento) che mette in circolo globuli rossi alterati, o comunque diversi l’uno dall’altro.

Da alterata eritropoiesi

I globuli rossi non si formano in maniera adatta. L’emoglobina ha al centro una molecola di ferro, sostenuto da quattro gruppi eme (zuccheri), a cui sono legate le globine (polipeptidi), che sono costituite da catene alfa e catene beta. I geni che codificano per le catene alfa si trovano sul cromosoma 16 e sono: alfa 1, alfa 2, pseudo alfa e pseudo zeta. I geni della catena beta, invece, sono sul cromosoma 11 e sono: pseudo beta, gamma, delta, epsilon.

I globuli rossi sono prodotti nel midollo osseo e quando si trovano in stato di moltiplicazione richiedono un DNA integro, poiché se ci fosse anche un minimo danno a carico del DNA causerebbe mutazioni e problematiche.

Difetto malattia

• Anemia microcitica ipocromica: i globuli rossi sono di piccole dimensioni per un deficit di ferro, che può essere causato da emorragie (anche ciclo mestruale eccessivamente abbondante), malassorbimento o aumentata eritropoiesi. Molto spesso sono dovute a problemi gastrici, es. pazienti affetti da infezione da Helicobacter pylori hanno una scarsa capacità di assorbire il ferro e di conseguenza presentano un’anemia.
• Anemia sideroblastica: caratterizzata da una disfunzione dell’eme, causata da una carenza della vitamina B6, responsabile della formazione degli anelli dell’eme. Si registra un’eccessiva quantità di ferro che va a depositarsi nelle cellule formando dei grumi facilmente riconoscibili ed i globuli rossi sono più grandi. La terapia sarà ovviamente somministrare vitamina B6.
• Porfirie: caratterizzate da una disfunzione dell’eme, causata da malattie genetiche con carenza molto grave della vitamina. Si hanno alterazioni cutanee, retiniche, nervose, uroporfirinuria, calcoli biliari precoci, da accumulo nei diversi tessuti di metaboliti a monte dell'enzima carente e da alterazioni nelle proteine contenenti il gruppo eme (citocromi, catalasi, perossidasi).

La carenza di vitamina B6 può essere ereditaria, primitiva, acquisita (vitamina B6 sensibile/resistente), da malassorbimento (celiaco), da farmaci (antitubercolari), da aumentata richiesta (leucemie), da gravidanza.

Talassemie

Difetto di produzione quantitativo delle catene alfa o beta delle globine, dovuto ad alterazioni genetiche di introni, promoter, abnorme comparsa di codoni di stop ecc., che porta alla produzione di globuli rossi a bersaglio.

Talassemia alfa

Le catene alfa sono codificate da 4 geni (due materni e due paterni) ed in base alla trascrizione dei vari geni si registrano diverse condizioni:

• Ridotta trascrizione di un gene: il soggetto è portatore.
• Ridotta trascrizione di due geni (minor trait): anemia microcitica ipocromica.
• Ridotta trascrizione di tre geni: anemia ipocromica modesta e corpi di Heinz.
• Ridotta trascrizione di tutti e quattro i geni: idrope fetale alfa talassemica o Hb Bart (gamma-4), una condizione gravissima caratterizzata da morte fetale o alla nascita.

Talassemia beta

È la più diffusa, perché sono coinvolti solamente due geni. Anche qui possiamo distinguere diverse condizioni in base al grado di trascrizione:

• Ridotta trascrizione di un unico gene: il soggetto sarà affetto da talassemia minor (anemia microcitica ipocromica lieve).
• Ridotta trascrizione di due geni: il paziente avrà una talassemia maior (grave anemia ipocromica) e sono presenti due diverse forme: (30% Hb B+α₄A) (70% Hb F, Hb A₂) e (Hb precipita a livello midollare = morte precoce).

Questi tipi di anemie sono presenti principalmente nelle zone paludose, o ex paludose, dove fungono da elemento di protezione nei confronti della malaria perché l’alterazione della catena dell’emoglobina protegge gli affetti dalla morte (per malaria) creando delle condizioni sfavorevoli alla vita del patogeno all’interno del globulo rosso.

Anemia falciforme

(detta anche drepanocitosi o sickling): sostituzioni dell’acido glutamico/valina determina gelificazione (reversibile) in strutture parallele (tactoidi) della catena alterata (per alterazione del gene ß globinico: alterazione qualitativa). È caratterizzata da: grave anemia normo-macrocitica, depranociti (evidenza con metabisolfito), emolisi extravascolare, crisi emolitiche (intravascolari) da ipossia o acidosi (febbre, esercizio fisico, sonno, farmaci), infarti da aumentata falcizzazione (milza, rene e retina) dato che i globuli rossi falcizzati possono incunearsi nei capillari e dare micro-ostruzioni (più significative a livello della retina). Se il soggetto è omozigote la morte sopraggiunge prima dei 30 anni. È favorita dalle regioni malariche, sempre grazie alla sua capacità di fornire protezione verso tale malattia a causa dei problemi metabolici del globulo falcizzato.

Anemia megaloblastica

Causata da un’alterazione nella produzione di DNA, dovuta alla mancanza della vitamina B12 e dell’acido folico (B9). La cellula tenta di dividersi, ma non riesce, e di conseguenza si formerà una cellula sempre più grande (globulo rosso enorme). Può essere secondaria a gastrectomie e disturbi di assorbimento oppure essere causata da: farmaci (contraccettivi, antitubercolari, antifolici) e da un’aumentata richiesta (gravidanza, leucemie).

In particolare, dato che la vitamina B12 è in parte metabolizzata grazie allo stomaco (fattore intrinseco prodotto dalle cellule parietali), i pazienti che hanno la gastrite o un problema ereditario di ridotta metabolizzazione di vitamina B12, hanno tipicamente queste anemie megaloblastiche.

Anemia perniciosa

Si tratta di una anemia megaloblastica, ipercromica, cronica e progressiva degli adulti, e viene determinata dall'assenza del cosiddetto fattore intrinseco intestinale, che è una sostanza indispensabile per l'assorbimento della Vitamina B12. La causa della mancanza del fattore intrinseco è rappresentata dall'atrofia della mucosa ghiandolare gastrica, causata da un processo autoimmune.

Anemia diseritropoietica congenita

Insufficienza midollare e anemia aplastica congenita: caratterizzata anche da pancitopenia, ossia dalla mancanza anche di globuli bianchi oltre ai globuli rossi. Anemia mieloftisica: forma di anemia acquisita caratterizzata da insufficienza midollare, causata da: lesioni occupanti spazio nel midollo (tumore con metastasi nel midollo o leucemia), flogosi croniche, insufficienza renale cronica (per mancanza eritropoietina); insufficienza epatica cronica (mancanza del 10% di eritropoietina prodotta dal fegato), mixedema (dovuto a ipotiroidismo), malattie del connettivo.

Anemia aplastica acquisita: forma di anemia causata da malattia autoimmune che provoca disfunzione e distruzione delle cellule staminali. Anche in questo caso si parla di pancitopenia, perché le cellule staminali producono sia globuli rossi che globuli bianchi.

Da aumentata distruzione degli eritrociti (anemie emolitiche)

Queste sono caratterizzate da lisi prematura dei globuli rossi, accumulo nell’organismo di prodotti litici dei globuli rossi e ferro (emosiderina), iperplasia del midollo osseo:

• Nell’emolisi intravasale i globuli rossi in circolo scoppiano ed è caratterizzata da crisi emolitiche, anemia, emoglobinuria (l’emoglobina passa come tale nelle urine), emosideruria (ferro nelle cellule di sfaldamento dei tubuli renali), ittero nelle crisi emolitiche.
• Nell’emolisi extravasale, invece, risultano aumentati il pitting e l’emocateresi da parte dei macrofagi di milza e fegato nei confronti dei globuli rossi alterati. In questo caso si valutano le dimensioni della milza e del fegato, i quali risultano ingrossati in caso di emolisi extravasale, caratterizzata da anemia, ittero (per iperilascio di emoglobina, che diventa bilirubina indiretta trasportata dall’albumina, che se aumenta molto porta a cute giallastra), calcoli biliari (perché l’emoglobina, che dalla milza arriva al fegato, viene trasformata in bilirubina che può portare alla formazione di calcoli), splenomegalia, emosiderosi, infezioni (perché i macrofagi della milza sono troppo impegnati a fagocitare la grande quantità di globuli rossi e quindi non sono funzionalmente perfetti nel fagocitare batteri).

La maggior parte delle anemie emolitiche sono extravasali, con qualche rarissima possibilità di anemie intravasali (anemia falciforme e talassemia in condizioni di ipossia danno origine a emolisi intravasale, mentre la beta talassemia maior darà principalmente l’emolisi extravasale).

Catabolismo dell'emoglobina

Programma epigenetico

Il DNA preso singolarmente è un insieme di dati che necessita del controllo epigenetico, un programma specifico di attivazione e inattivazione dei geni che presenta il compito di integrare e adattare l'informazione genetica all'ambiente, basandosi sull'interazione tra DNA e proteine:

• La genetica si corrisponde con l'ambiente mentre l'epigenetica dipende dall'ambiente;
• Memoria transgenerazionale dell'epigenetica;
• L’evoluzione epigenetica è molto più rapida dell'evoluzione genetica;
• Il controllo epigenetico non è mai un controllo uno-uno su un singolo gene;
• Esiste un codice epigenetico diverso da cellula a cellula.

Se i meccanismi genetici si basano sulla struttura primaria, quelli epigenetici agiscono principalmente sulla struttura terziaria, in quanto la conformazione della cromatina può allontanare o avvicinare diverse regioni:

Modificazioni della struttura della cromatina

• Fattori della cromatina
  • Polycomb tende a compattare la cromatina causando un'inibizione trascrizionale.
  • Trithorax si lega in aree dove la cromatina deve essere attivata, favorendo la trascrizione.
• Modificazione degli istoni: Presentano una parte globulare, che forma la massa della proteina, e delle code esterne che determinano il compattamento della componente globulare e possono andare incontro a modificazioni post traduzionali.
• Metilazione: Per compattarlo in una conformazione eterocromatica.
• Micro-RNA: 4/5 diverse tipologie di miRNA.

I complessi di modificazione epigenetica più comuni sono:

• Istoni metiltrasferasi: Catalizza l'aggiunta di gruppi metilici alle proteine istoniche: media sia meccanismi di attivazione (metilazione della Lys 4 dell'istone H3) sia di repressione (metilazione della Lys 9 sull'istone H3);
• Istoni acetilasi o HAT: Catalizza l'acetilazione delle proteine istoniche, la quale accresce l'accessibilità al DNA attraverso la riduzione della carica positiva dei residui di Lys. Si stanno utilizzando nella terapia antitumorale ma non essendo specifiche per le singole cellule, provocano numerosi effetti collaterali;
• Istoni deacetilasi: Catalizza la rimozione di gruppi acetili dagli istoni, che facilita il silenziamento dell'espressione genica e facilita la repressione trascrizionale;
• Complesso rimodellante ATP-dipendente: Utilizza ATP per rimuovere o alterare localmente l'associazione tra gli istoni e il DNA; introduce torsione a super elica all'interno del DNA che può alterare l'accessibilità a proteine e endonucleasi di restrizione;
• Polycomb group proteins: Complessi multimerici; si lega al DNA e ne blocca l'accesso da parte dei fattori di trascrizione. Inoltre, interagisce con HDACs e/o MT per mediare il silenziamento genico; può anche direttamente metilare le proteine istoniche.

Methyl-CpG-binding proteins

• Metilazione CpG DNA: Media la repressione della trascrizione metilazione dipendente.
• DNMT1: Mostra una marcata preferenza per substrati di DNA con metilazione di solo un filamento (DNA emimetilato) e si localizza a livello della forca di replicazione durante la fase S, facendone un candidato per il ripristino di una metilazione simmetrica degli appaiamenti CG in seguito alla replicazione del DNA;
• DNMT2: Non metila il DNA bensì un residuo citosinico di uno specifico tRNA. Il risultato biologico di questa modificazione è ancora sconosciuto;
• DNA citosina metiltransferasi (ES: DNMT1, DNMT3A/B): È una famiglia di enzimi che comprende DNMT3a, DNMT3b e DNMT3L. I primi due sono essenziali per la vita e sono implicati nella stabilizzazione del pattern di metilazione, specialmente durante lo sviluppo embrionale. DNMT3L, invece, è caratterizzato dall'assenza di un dominio catalitico. È un componente regolatore di un oloenzima multimerico (in aggiunta a DNMT3a) che funziona nell'imprinting genomico durante la gametogenesi. L'espressione di questi geni in cellule somatiche adulte non è stata ancora chiarita;

Tutte le proteine epigenetiche si possono classificare in tre grandi categorie da un punto di vista funzionale:

• Proteine che servono a scrivere un’informazione sulla cromatina;
• Proteine che servono a cancellare un’informazione dalla cromatina;
• Proteine che servono a leggere le informazioni sulla cromatina;

In neurologia alcuni farmaci che erano usati per la schizofrenia, avevano effetto sulla malattia tuttavia intervenivano anche nel controllo epigenetico, causando effetti collaterali imprevedibili, imprevisti e dannosi.

Metilazione del DNA

La metilazione del DNA è molto importante per due motivi:

• È alla base delle modificazioni epigenetiche;
• È correlato a mutagenesi la citosina metilata diventa 5-metil-citosina. La citosina, in seguito ad una reazione di deaminazione, diventa uracile. La 5metil-citosina, invece, se deaminata diventa timina.