Patologia: lezione 03

Lez 3 – Data: 18/03

Sindromi talassemiche

Sono malattie caratterizzate dalla mancanza o inibizione della sintesi della catena alfa o beta di Hb. Generalmente sono patologie recessive, anche in questo caso la definizione è abbastanza sfumata. Quello che succede in questa patologia è che essendoci meno catene beta, ci sono delle catene alfa in eccesso, che tendono ad accumularsi e a precipitare nel globulo rosso formando proprio delle inclusioni insolubili che provocano poi danno alla membrana, comportando una distruzione prematura dei globuli rossi. Gli eritrociti quindi non vivono più 120 gg, ma 20 giorni mediamente e si hanno eritropoiesi inefficace ed emolisi extravascolare dei globuli rossi che vengono distrutti dai macrofagi nella milza, così come accade per la sferocitosi ereditaria.

Le catene beta di Hb sono codificate da un gene localizzato sul cromosoma 11. Distinguiamo:

• 0β -talassemie: totale assenza di catene β-globiniche
• β+-talassemie: ridotta sintesi di β-globina in condizioni di omozigosi

Il gene della β globina è un punto caldo di mutazioni, ne sono state individuate tante e di diverso tipo, sia mutazioni del promotore, sia dei siti di splicing, sia mutazioni puntiformi, che cambiano la sequenza amminoacidica della β globina. Sicuramente mutazioni del promotore, cioè delle regioni che regolano la trascrizione, possono agire al ciclo di inizio della trascrizione, provocano una riduzione della sintesi della catena β e quindi parliamo di talassemia β+. Mentre mutazioni che determinano un blocco prematuro, come le mutazioni stop codon o frameshift (che spostano la cornice di lettura), determinano l’assenza di produzione della proteina e parliamo perciò di talassemia β-0. Le mutazioni dei siti di splicing possono provocare sia assenza di proteina sia produzione di proteina anomala, quindi abbiamo una situazione intermedia tra β0 e β+, dipende dal tipo di mutazione. Raramente sono state individuate delle delezioni, ma queste sono più comuni nel gene della catena α.

In questo schema possiamo vedere i diversi tipi di mutazione a cui è soggetto il gene della β globina.

Quindi quello che fondamentalmente succede a livello patologico è che i globuli rossi mostrano una ridotta sintesi di β globina e quindi le catene alfa tendono a precipitare e ad danneggiare la membrana plasmatica del globulo rosso, che sono quindi più piccoli, meno colorati, proprio perché presentano meno Hb, e vanno precocemente incontro a morte cellulare per apoptosi, anche se una quota minima di globuli rossi riesce a sopravvivere come anomali, ma questi vengono riconosciuti come tali milza ed eliminati. Questo però provoca un’anemia emolitica e il midollo osseo cerca di compensare questa anemia e va in iperplasia, invade la corticale dell’osso e possiamo avere delle deformità genetiche anche in questo caso, come abbiamo visto per l’anemia falciforme. Inoltre vi è un eccesso di assorbimento di ferro da parte dell’intestino, proprio perché sono sregolati i livelli dell’EPCIDINA, un regolatore negativo dell’assorbimento di ferro. Questi soggetti, poi, facendo delle trasfusioni sono sovraccaricati di ferro, infatti devono fare delle terapie chelanti per rimuovere i metalli in eccesso, comunque ci può essere un sovraccarico di ferro che porta a emochromatosi o emosiderosi negli organi parenchimali soprattutto nel cuore e nel fegato.

Tipi di talassemia

Essendoci diversi tipi di mutazione abbiamo delle situazioni di realtà della patologia, quindi parliamo di:

• Talassemia major o morbo di Cooley o anemia meditteranea, quando ci troviamo in omozigosi, sia β0/ β0 (assenza totale di proteina), sia β+/ β+ (anche la ridotta sintesi di Hb in omozigosi causa una patologia grave);
• Talassemia minor o tratto talassemico o anemia microcitica familiare, quando ci troviamo in eterozigosi, sia β+/ β, sia β0/ β, in questo caso il 50% delle catene funzionanti riesce a compensare e la patologia non si manifesta, infatti sono soggetti sani che come in caso di anemia falciforme mostrano resistenza al plasmodium della malaria;
• Talassemia intermedia, quando siamo in situazioni intermedie, in cui possiamo avere delle situazioni β+/ β0 meno gravi (dipende dal tipo di mutazione) o anche situazioni più lievi β+/ β+ (quando i livelli di β globina sono leggermente più bassi del normale, quindi è un’anemia più lieve e i pazienti non necessitano di trasfusioni).

Paradossalmente mutazioni nel gene α di globina, che riducono l’espressione delle catene α, sono meno dannose per il globulo rosso, perché abbiamo meno catene α che precipitano e si riduce la gravità della patologia.

Fibrosi cistica

Malattia molto diffusa in Europa, è anche nota come mucoviscidosi o malattia fibrocistica del pancreas, perché colpisce questo organo oltre soprattutto ai polmoni. È una patologia molto diffusa ed è autosomica recessiva, quindi entrambi gli alleli devono essere mutati per avere la patologia. Colpisce 1/2.500 nati in Europa, molto più rara in Asia o in Africa dove l’incidenza è 1/20.000. Anche le mutazioni che determinano la patologia sono tipiche di alcune aree e addirittura tipiche di alcune regioni, per esempio in Sardegna ci sono mutazioni tipiche della regione.

La patologia colpisce fondamentalmente tutte le ghiandole esocrine, con gravità diversa a seconda del tipo di mutazione che colpisce la proteina. Gli effetti più gravi si hanno a livello polmonare con ostruzione polmonare, infiammazione cronica e infezioni da diversi microrganismi. L’altra situazione grave la troviamo a livello pancreatico, il pancreas mostra una insufficienza pancreatica. La morte avviene principalmente (90% dei casi) per insufficienza respiratoria.

Organi colpiti

Schema degli organi che vengono colpiti:

• Apparato respiratorio: muco viscoso che si accumula nelle vie aeree e rende difficile la rimozione di microrganismi, questo provoca difficoltà respiratorie ed danno a livello polmonare che può portare fino a insufficienza respiratoria;
• Pancreas: il muco ostruisce i dotti pancreatici, quindi abbiamo difficoltà a spostare gli enzimi digestivi dal pancreas all’intestino e questo provoca un malassorbimento dei grassi della dieta;
• Apparato riproduttivo: nei maschi disfunzione dei vasi deferenti e infertilità nel 95% dei casi, nelle donne c’è una ridotta fertilità;
• Pelle: i pazienti mostrano il cosiddetto “sudore salato”, per alti contenuti di NaCl nel sudore, che tra l’altro è un criterio diagnostico per questa patologia.

Alla nascita questi soggetti possono presentare il cosiddetto ileo da meconio, cioè un’ostruzione intestinale, e presentare anche delle neoplasie benigne quali polipi al naso.

La fibrosi cistica è causata da una mutazione del gene che codifica per il canale CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator), tale gene è stato clonato nel 1989. Questo è un canale fondamentalmente per il cloruro Cl- e indirettamente regola il trasporto di Na+ e di H2O nelle cellule epiteliali. La mutazione più frequente (70% dei casi) è la delezione di un singolo amminoacido, la fenilalanina in posizione 508, che porta alla produzione di una proteina anomala degradata prematuramente. Nel restante 30% dei casi ci sono più di 1400 mutazioni diverse, quindi si tratta di un gene colpito fortemente da diversi tipi di mutazioni che portano a una gravità diversa della patologia.

A sinistra possiamo osservare una situazione normale: nelle cellule normali, per esempio a livello respiratorio, il CFTR permette la fuoriuscita di Cl- dalle cellule e regola in maniera negativa il canale per il Na, chiamato ENaC. Nel momento in cui CFTR è presente e funzionante, il canale del Na+ che trasporta questo ione all’interno delle cellule funziona di meno, in maniera fisiologica e abbiamo una corretta entrata di Na+ nella cellula.

A destra abbiamo una situazione in cui CFTR è mancante/non funzionante: il Cl- rimane fuori e non viene portato all’interno della cellula, il canale del Na+ funziona in maniera eccessiva (proprio perché non regolato negativamente da CFTR) e porta all’interno Na+ e H2O per osmosi, per cui la cellula si rigonfia mentre dall’altro lato si assottiglia il liquido di superficie presente sulle cellule respiratorie che è utile per il movimento delle ciglia, per la cosiddetta clearance mucociliare, quindi le ciglia non funzionano in maniera corretta proprio perché il liquido di superficie si è assottigliato.

A sinistra, invece, si osserva cosa accade nelle ghiandole sudoripare dove il CFTR fa entrare Cl- e ENaC fa entrare Na+ nella cellula, quindi la mancanza di CFTR fa sì che all’esterno, quindi nel sudore, ci siano alte concentrazioni di Cl- e Na+ per cui il sudore è “salato”.

Fisiopatologia

Il difetto della proteina CFTR causa un’anomalia nel trasporto del Cl- sulle cellule epiteliali con una riduzione del liquido di superficie e quindi malfunzionamento delle ciglia, questo porta anche ad un accumulo di muco viscoso che è importante per mantenere delle infezioni croniche, proprio perché questi batteri non riescono ad essere eliminati dalla clearance mucociliare e si instaurano infezioni croniche nel paziente.

La proteina CFTR nel dettaglio: è una proteina transmembrana, con due domini transmembrana, ciascuno costituito da 6 alfa eliche e un dominio centrale che lega i nucleotidi come ATP, quindi consuma energia per poter funzionare. La mutazione ΔF508 riguarda il primo dei due domini che legano i nucleotidi.

Le mutazioni abbiamo già detto che sono moltissime e sono classificate in base all’effetto che hanno sul canale, quindi sulla proteina:

• Classe I – Produzione difettiva: mutazioni che impediscono la produzione del canale, quindi mutazioni di stop, che inseriscono un codone di stop prematuro impedendo la sintesi della proteina, o mutazioni di frameshift, che hanno sempre l’effetto di non far produrre la proteina. In questo caso abbiamo un fenotipo grave proprio perché la proteina non viene prodotta;
• Classe II – Processamento difettivo: mutazioni a cui appartiene la ΔF508, in questo caso le proteine vengono prodotte ma vengono riconosciute anomale a livello del reticolo endoplasmatico e del Golgi, mandate perciò a distruzione precoce e non raggiungono la membrana plasmatica, anche in questo caso il fenotipo è grave;
• Classe III – Regolazione difettiva: possono essere mutazioni puntiformi nei domini che legano ATP quindi il canale non funziona correttamente
• Classe IV – Conduttanza difettiva: sono mutazioni puntiformi che avvengono nel punto del canale che forma il poro attraverso cui passa Cl-, quindi la proteina arriva in membrana ma non funziona in maniera corretta;
• Classe V – Produzione ridotta: sono mutazioni che riducono la sintesi del CFTR, in questo caso il fenotipo è meno grave, perché una quota ridotta della proteina viene prodotta (si ricordi che si sta parlando sempre di casi di omozigosi, perché in eterozigosi la malattia non si manifesta essendo recessiva!)
• Classe VI – Degradazione accelerata: turnover accelerato della proteina. Secondo altri lavori, come il Robbins, la classe VI riguarda la regolazione alterata nei confronti di altri canali.

Diagnosi

Prima di conoscere la sequenza del gene, si andavano a studiare criteri clinici e soprattutto a misurare la quantità di NaCl nel sudore. Dopo 1989 si potevano fare test genetici per determinare le mutazioni a carico del DNA e dare la conferma di fibrosi cistica. La tripsina è una proteina prodotta dal pancreas che in questi pazienti ha livelli aumentati nel sangue. Si effettua un prelievo dal tallone già al secondo/quarto giorno dopo la nascita per misurarne i livelli.