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