[autismo-biologia] Rapamicina e sclerosi tuberosa

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Lo studio della sclerosi tuberosa presenta diversi motivi di interesse:
anzitutto per comprenderne i meccanismo patogenetici e curare chi ne é
affetto, ma anche perché si ritiene che molti meccanismi patogenetici
della sclerosi tuberosa siano comuni ad altre forme di autismo idiopatico,
in particolare a quelle forme di autismo in cui vi é un’eccessiva
attivazione della via mTOR. Queste forme di autismo sarebbero curabili con
la rapamicina, come si é visto in modelli animali e in colture di cellule
staminali indotte e ridifferenziate prese dagli stessi pazienti.
Il Professor Giorgio Lenaz ha fatto un ampio resoconto di alcuni recenti
lavori su questo tema. Eccoli

Rapamicina e sclerosi tuberosa

Purkinje cells derived from TSC patients display hypoexcitability and
synaptic deficits associated with reduced FMRP levels and reversed by
rapamycin.
Sundberg M, Tochitsky I, Buchholz DE, Winden K, Kujala V, Kapur K,
Cataltepe D, Turner D, Han MJ, Woolf CJ, Hatten ME, Sahin M.
Mol Psychiatry. 2018 Feb 15. doi: 10.1038/s41380-018-0018-4. [Epub ahead
of print]
PMID: 29449635

Cellule di Purkinje da pazienti di sclerosi tuberosa manifestano
ipoeccitabilità e deficit sinaptici associati a livelli ridotti della
proteina FMRP e aboliti dalla rapamicina.
M. Sundberg et al, Harvard Medical School, Boston, MA, USA

Anormalità nello sviluppo del cervelletto e lesioni precoci cerebellari
sono state implicate nello sviluppo dei disordini dello spettro autistico
(ASD). La perdita di cellule di Purkinje (PC) in individui affetti da ASD
e l’insorgenza di ASD in bambini prematuri con isolata emorragia
cerebellare indicano che una precoce disfunzione del cervelletto
contribuisce alla patogenesi di ASD; tuttavia i meccanismi molecolari di
questi deficit sono oscuri.
La sclerosi tuberosa (Tuberous Sclerosis Complex, TSC) è un disordine
neurogenico autosomico dominante che porta a importanti deficit nervosi e
nel 50% dei casi a sviluppo di ASD. La lesione genica abolisce la funzione
di TSC1 oppure TSC2, due proteine che frenano in modo complesso l’attività
di mTORc1, la proteina che lega la rapamicina e dà il nome alla via di
segnalazione mTOR (Mammalian Target Of Rapamycin, bersaglio della
rapamicina nei mammiferi). La lesione delle proteine TSC porta ad
iper-attivazione di mTORC1, con conseguente iper-attivazione della via
mTOR.
La mTOR integra lo stimolo proveniente da agenti ormonali, inclusi
insulina, fattori crescita (come IGF-1 e IGF-2) e mitogeni. La mTOR
inoltre percepisce anche i nutrienti cellulari, i livelli di energia e lo
stato di ossidazione cellulare. La attivazione di questa via da parte di
uno stato nutrizionale/energetico elevato porta a vari effetti che in
genere conducono alla attivazione di vie anaboliche biosintetiche come la
sintesi di lipidi e la sintesi proteica. L’attivazione delle proteine
implicate nella via di segnalazione avviene tramite processi di
fosforilazione di residui specifici di aminoacidi della proteina (cioè
aggiunta di gruppi fosfato da parte dell’ATP, per cui la proteina cambia
struttura e quindi funzione) La via mTOR è collegata e intrecciata con
altre vie di segnalazione in modo complesso. Durante lo sviluppo
embrionale la via mTOR gioca ruoli diversi a seconda del tipo di cellule,
dello stadio di differenziamento e della funzione cellulare. La via mTOR è
cruciale per lo sviluppo delle cellule staminali nervose sotto il
controllo delle proteine TSC (TSC1 e TSC2).
Anomalie cerebellari nella TSC sono legate allo sviluppo di ASD.
Normalmente la corteccia cerebellare invia stimoli inibitori ai nuclei
sottostanti, ma questa inibizione è perduta nei soggetti con TSC e ASD,
suggerendo l’ipotesi che la mancata regolazione corticale porti allo
sviluppo di ASD.
In uno studio precedente gli autori avevano utilizzato un modello di topo
privato del gene tsc1in modo specifico nelle cellule di Purkinje (PC) del
cervelletto; questo topo manifestava caratteri autistici, come deficit di
interazione sociale e comportamento ripetitivo.
In questo studio gli autori hanno utilizzato cellule staminali umane
pluripotenti indotte (hiPSC) ottenute da individui con sclerosi tuberosa
con ASD associata, facendo differenziare le cellule in precursori
cerebellari e cellule di Purkinje mature. I pazienti con ASD avevano
mutazioni in TSC2, mentre i controlli (genitori dei pazienti o controlli
sani) avevano TSC2 normale.
Durante il differenziamento delle cellule staminali in PC, allo stadio
iniziale non si sono osservate modificazioni importanti dei trascritti e
delle proteine implicate in mTOR, ma successivamente nello sviluppo si
assisteva a un significativo aumento della fosforilazione della proteina
S6 (che è il bersaglio di mTORC1) con conseguente attivazione della via
mTOR e aumento della proliferazione delle PC immature. Tutti questi
effetti della deficienza di TSC2 erano aboliti dalla rapamicina.
Allo stesso tempo si osservava una mancata capacità dei precursori PC di
differenziarsi in PC mature e un aumentato numero di cellule gliali. Anche
questi effetti erano aboliti dalla rapamicina, indicando che dipendono da
iperattività di mTOR.
Si osservava inoltre nelle cellule in coltura un aumento di produzione di
specie reattive dell’ossigeno di origine mitocondriale, nonché una maggior
suscettibilità alla autofagia e all’apoptosi.
Gli autori hanno anche stabilito che la iper-attivazione di mTOR persiste
anche nei neuroni PC maturi dopo il differenziamento, con aumento di
espressione di S6 fosforilata, aumento di dimensioni dei neuroni e aumento
delle spine dendritiche, con alterato sviluppo delle sinapsi e di un tipo
di recettore del glutammato. In questo caso la rapamicina aboliva gli
effetti solo parzialmente. Conseguentemente l’analisi elettrofisiologica
mostrava alterazioni della trasmissione sinaptica da glutammato, con
ipoeccitabilità e diminuzione dei potenziali post-sinaptici eccitatori.
Anche tutti questi effetti erano parzialmente bloccati dalla rapamicina.
Una dettagliata analisi dell’espressione genica ha rivelato alterazioni
dell’espressione di numerosi geni (qualche centinaio), tra cui particolare
attenzione è stata data a FMRP, un regolatore della formazione e trasporto
degli RNA messaggeri, e ai suoi bersagli molecolari, tutti sottoespressi.
Gli autori concludono che la maturazione delle cellule gliali a scapito
delle cellule di Purkinje conduce a diminuita funzione di queste cellule
(ipoeccitate) che normalmente mandano segnali inibitori ai nuclei
sottostanti e di qui al talamo e alla corteccia frontale. Questo fatto può
contribuire allo sbilancio eccitazione / inibizione che è stato proposto
nella patogenesi di ASD.
Per quanto riguarda gli effetti della rapamicina, questo studio è molto
promettente perché negli stadi iniziali l’inibitore contrasta tutti gli
effetti negativi molecolari e cellulari sulle cellule staminali in via di
differenziamento; gli effetti sono però meno completi quando lo sviluppo è
a uno stadio posteriore.


Dynamic Akt/mTOR Signaling in Children with Autism Spectrum Disorder.
Onore C, Yang H, Van de Water J, Ashwood P.
Front Pediatr. 2017 Mar 15;5:43. doi: 10.3389/fped.2017.00043. eCollection
2017
University of California, Davis CA, USA

Segnalazione Akt/mTOR dinamica in bambini con disordine dello spettro
autistico.
Gli autori partono dall’osservazione che tra i geni più frequentemente
implicati in ASD vi sono quelli della via di segnalazione Akt (che parte
dall’insulina o da fattori di crescita) e della via mTOR collegata alla
precedente tramite i fattori TSC1 e TSC2.
[Una delle due vie di segnalazione che partono dall’insulina consiste
nella attivazione della PI3-kinasi, enzima che aggiunge un ulteriore
fosfato al fosfolipide di membrana fosfatidil-inositolo 4,5 bisfosfato,
promuovendo l’attivazione di Akt (detta anche proteina chinasi B) che
promuove gli effetti metabolici dell’insulina sul metabolismo glucidico,
lipidico e proteico. Tra gli effetti di Akt, rilevanti a questa
pubblicazione, è l’inattivazione delle proteine TSC1 e TSC2 che hanno
effetto inibitorio sulla via mTOR, che quindi viene attivata (inibizione
dell’inibizione). Come già ricordato la via mTOR sente lo stato
nutrizionale dell’organismo e quando è attiva porta a incremento delle vie
anaboliche biosintetiche.]
In questo studio gli autori hanno indagato l’espressione e lo stato di
fosforilazione di proteine implicate nelle vie di segnalazione Akt/mTOR in
linfociti T ottenuti da bambini con ASD e corrispondenti controlli.
Nei soggetti ASD gli autori hanno osservato aumentata attività di mTOR
accompagnata da diminuita attività di TSC2 e della glicogeno sintasi
chinasi (indice di potenziata via di segnalazione dell’insulina oltre che
di mTOR.
Gli autori concludono che questo studio dimostra l’implicazione di Akt /
mTOR nella patogenesi delle forme comuni di ASD e non solo di alcune forme
monogeniche.


Everolimus for treatment of tuberous sclerosis complex-associated
neuropsychiatric disorders.
Krueger DA, Sadhwani A, Byars AW, de Vries PJ, Franz DN, Whittemore VH,
Filip-Dhima R, Murray D, Kapur K, Sahin M.
Ann Clin Transl Neurol. 2017 Nov 12;4(12):877-887. doi: 10.1002/acn3.494.
eCollection 2017 Dec
Effetto di Everolimus come trattamento dei disturbi neuropsichiatrici
della Sclerosim Tuberosa.
Everolimus è un analogo della rapamicina, tipico inibitore della via di
segnalazione mTOR. Poiché mTOR appare iperattiva nei soggetti con Sclerosi
tuberosa accompagnata da disturbi dello spettro autistico (ASD), e in
numerosi studi in modelli animali l’inibizione di mTOR con rapamicina e
analogho ha fatto regredire i sintomi, gli autori hanno disegnato questo
studio clinico a doppio cieco contro placebo in soggetti con sclerosi
tuberosa di età compresa fra 6 e 21 anni (32 trattati contro 15 placebo).
La somministrazione orale giornaliera di Everolimus per 6 mesi non ha
avuto effetti significativi sulle manifestazioni neuropsichiatriche, pur
risultando innocua come effetti collaterali.
Gli autori stessi analizzano il deludente risultato commentando
soprattutto l’età dei soggetti studiati, età in cui la sintomatologia è
già comparsa da tempo, per cui sarebbe da prospettarsi uno studio ad età
più precoce.
Questa interpretazione è avvalorata dal fatto che in uno studio successivo
(Longitudinal Effects of Everolimus on White Matter Diffusion in Tuberous
Sclerosis Complex. Peters JM, Prohl A, Kapur K, Nath A, Scherrer B, Clancy
S, Prabhu SP, Sahin M, Franz DN, Warfield SK, Krueger DA. Pediatr Neurol.
2018 Oct 18. pii: S0887-8994(18)30926-3. doi:
10.1016/j.pediatrneurol.2018.10.005.)
gli effetti del trattamento con Everolimus sullo sviluppo della sostanza
bianca studiata con tecniche di imaging in soggetti affetti da sclerosi
tuberosa era efficace soprattutto se iniziato ad età precoce e prolungato
nel tempo.
E’ evidente che i risultati ancora controversi ed incerti richiedono
ulteriori indagini sia biologiche che cliniche.
      Giorgio Lenaz