Corea di Huntington

La corea di Hungtington è una malattia neurodegenerativa ereditaria Il termine COREA deriva dal greco e significa “danza”, in riferimento ai movimenti involontari molto simili ad una danza, che il soggetto affetto compie soprattutto nello stadio finale della malattia. .

Manifestazioni Cliniche 1872: George Huntington, medico americano, descrive per primo i sintomi della malattia nel suo articolo “On Chorea”

SINTOMI della malattia alterazioni comportamentali : irritabilità, depressione, disturbi dell’umore Alterazioni motorie.: disturbo della coordinazione motoria, caratterizzato da movimenti simili a scatti (corea ) rallentamento dei movimenti o contratture muscolari persistenti. disartria, un’alterazione della capacità di articolare il linguaggio, difficoltà di deglutizione. I malati non muoiono a causa della malattia, ma in seguito alle sue complicazioni come soffocamento o infezioni. La morte si verifica in media 15-20 anni dopo l’insorgenza della malattia.

INCIDENZA AMERICA (7/1000) EUROPA (1/10000) ITALIA (4000 CASI TOTALI)

Il gene malattia htt 5’ 3’ Il gene malattia è localizzato sul braccio corto del cromosoma 4 regione 1 6 ed è costituito da 67 esoni e 170 Kbasi Codifica per una proteina l’huntingtina

huntingtina Proteina di 350kDa 3100 aa Costituita da diversi domini: : domini HEAT che consentono un’interazione proteina-proteina, un dominio di interazione caspasico che sottolinea il ruolo della proteina nel processo apoptotico, all’N terminale vi è un tratto poliQ (poliglutammina) Ogni glutammina nella proteina deriva da una tripletta CAG nel gene

CAG CAG CAG CAG CAG Huntingtina (Htt) Domini HEAT: 28-36 3100 aa 350 kDa Domini HEAT: 28-36 Interazioni proteina-proteina CAG CAG CAG CAG CAG Espansione CAG all’estremità 5’ nell’esone 1 Il numero di triplette CAG è il determinante primario della severità della malattia

Ammalati L’espansione della tripletta provoca una MUTAZIONE DELLA PROTEINA HUNTINGTINA Per ogni tripletta di CAG presente nel gene viene aggiunto un amminoacido chiamato GLUTAMINA (Q). La Corea di Huntington viene perciò detta “Malattia da poliglutamine”

Infatti… Numero di CAG POPOLAZIONE SANA POPOLAZIONE AFFETTA Range compreso tra 9 e 35 ripetizioni POPOLAZIONE AFFETTA Ripetizioni di triplette sempre superiori alle 36 unità

 La lunghezza della sequenza di triplette ripetute varia a seconda della malattia  Oltre un valore soglia di ripetizioni la proteina tradotta acquisisce citotossicità dovuta a misfolding Soggetto normale M L K Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ATG TTG AAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG Q Q Q Q Q Q F K Y G V L N CAG CAG CAG CAG CAG CAG TTC AAG TAT GGT GTG CTG AAC Paziente Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG In questa slide è riportata la sequenza nucleotidica ed amminoacidica di un soggetto sano e di un soggetto affetto da corea di hd, è infatti possibile osservare che l’espansione delle triplette CAG è fortemente aumentata nei casi.

PROTEINA MUTATA PROTEINA NON MUTATA Danni al trasporto vescicolare Provocando interazioni anomale con proteine motorie Ruolo apoptotico Modifica normale localizzazione È suscettibile al taglio proteolitico Provoca tossicità cellulare Ruolo nel trasporto vescicolare un ruolo antiapoptotico dirigendo la cellula verso la sopravvivenza Localizzazione citoplasmatica favorisce la crescita delle cellule nervose dello striato contribuendo alla formazione del fattore neurotrofico del cervello (BDNF). .

La proteina mutata cambia struttura e funzioni

Tratti di PoliQ oltre le 40 Glutammine vanno incontro ad un’alterazione conformazionale da una struttura ad α-elica ad una forma a foglietto-β determinata e stabilizzata da legami H che intervengono tra le amidi delle catene laterali. X Gln

Huntingtina e traffico vescicolare

Interazioni Huntingtina –proteine tramite Dominio Heat Interazione con proteine motorie: proteine coinvolte nel trasporto vescicolare

Traffico vescicolare Trasporto continuo di vescicole contenenti molecole lungo gli organelli dove queste molecole vengono sintetizzate , modificate o utilizzate trasporto tra l’esterno ed interno della cellule e viceversa tramite endocitosi o esocitosi

Movimenti a lungo raggio Avvengono Lungo i microtubuli ( binari) Movimenti a breve raggio Avvengono Lungo i filamenti di actina

Microtubuli Proteine filamentose del citoscheletro Costituiti: dimeri di alfa e beta tubulina che si associano a spirale Presentano una estremità – dove si verifica la depolimerizzazione e una estremità +dove si verifica la polimerizzazione

Proteine che regolano il movimento lungo i microtubuli Chinesine: ampia famiglia di proteine associate ai microtubuli x movimento anterogrado ( dal centro alla periferia cellulare) Chinesina si associa dinactina L’actina : proteina monomerica (G-actina) Polimeri di actina (F-actina) RESPONSABILE DEL MOVIMENTO A BREVE RAGGIO

Interazioni Huntingtina con proteine motorie 1) Huntingtina interagisce con Chinesina tramite HAP1 dirige le vescicole verso le estremità + dei microtubuli

HAP1 Citoplasmatica, 560aa Gene localizzato sul cromosoma 1

Huntingtina interagisce con Dinactina che Forma complesso Dineina 2) Huntingtina interagisce con Dinactina che Forma complesso Dineina Trasporto delle vescicole verso le estremità - dei microtubuli

Esperimenti di immunoprecipitazione con anti--dineina Complesso: huntingtina- dineina-dinactina HAP-1, chinesina Traspoto vescicolare bidirezionale lungo i microtubuli

Altre interazioni dell’huntingtina Interazioni huntingtina – optineurina : proteina motoria Traffico vescicolare lungo i filamenti di actina

Nei pazienti affetti da C.H Danni a livello del trasporto vescicolare Sequestro di dineina –dinactina-chinesina negli aggregati di frammenti di huntingtina Ridotta motilità bidirezionale lungo i microtubuli Alterazioni dell’esocitosi Alterazioni del fattore neutrofico BDNF essenziale x la sopravvivenza dello striato

PAZIENTI sani: E’ stato osservato che cellule che sovra esprimono htt normale sono resistenti a vari stimoli di morte E’ stato inoltre dimostrato che l’htt normale esplica ruolo antiapoptotico: interrompe la normale cascata di eventi molecolari che portano alla morte cellulare di tipo apoptotico.

Come si spiega il Ruolo antiapoptotico dell’Hantingtina sana Normalmente quando i Mitocondri sono danneggiati: Rilascio del citocroma C Interazione citocroma con Apaf-1 e formazione aptosoma Apaf 1 –lega la procaspasi 9 e la attiva La caspasi 9 attivata idrolizza la caspasi 3 attivandola

’ huntingtina sana La htt sana tramite i domini Heat interagisce con il citocromo c impedisce l’interazione con la proteine apaf1, eformazione aptosoma non si ha l’attivazione della caspasi9 e di conseguenza l’attivazione della caspasi effettrice 3.

Huntingtina mutata ha ruolo apoptotico

Huntingtina Mutata: Huntingtina Citocromo c Apaf1 Pro-caspasi 9 L’htt mutata perde questa capacità di interazione con il citocromo c a causa del cambio conformazionale dovuto al tratto di poli q ed alla assunzione di una struttura a beta foglietto. Ciò permette l’interazione tra il citocromo c e la proteina apaf1 con la conseguente formazione del complesso apoptosomale Huntingtina Mutata: Citocromo c Huntingtina Apoptosoma PrecursoreCaspasi 3 Apaf1 Pro-caspasi 9

Huntigtina mutata cambia localizzazione ed è suscettibile a taglio proteolitico

l’htt normale è nel citoplasma, quella mutata Localizzazione della proteina mutata l’htt normale è nel citoplasma, quella mutata subisce un taglio proteolitico da parte enzimi proteasici appartenenti alla famiglia delle caspasi, i frammenti formano aggregati nel nucleo.

Siti di taglio della caspasi 3 sull’Htt: Studi hanno dimostrato che la caspasi 3 catalizza un doppio taglio proteolitico sull’htt mutata in corrispondenza dei residui di asp in posizione 513-552 generando frammenti di htt che sono in grado di attraversare la membrana nucleare e dare origine ad inclusioni che sono tossiche per la cellula.

I frammenti così ottenuti si aggregano tarmite legati crociati, prodotti dalle Transglutaminasi (TG2)

Esperimenti x dimostrare la formazione di legami crociati indotti da TG2 . Htt mutata Topi Trasgenici “deleti” del gene TG2 Topi Trasgenici Q Q Q CAG CAG CAG 115-150 Ripetizioni

RISULTATI OTTENUTI in topi trasgenici per l’esone 1 dell’Huntingtina mutata è stata riscontrata la presenza di aggregati proteici in determinate aree cerebrali a cui è seguita neurodegenerazione e morte dell’animale malato. Htt mutata Topi Trasgenici Q Q Q CAG CAG CAG 115-150 Ripetizioni

Modelli Sperimentali in vivo. Vita media Neurodegenerazione Topi Trasgenici “deleti” del gene TG2 La TG2 svolge un ruolo chiave nella morte neuronale che caratterizza la patogenesi dell’HD, quindi l’inibizione di questo enzima potrebbe rappresentare un possibile nuovo approccio terapeutico per la cura della Còrea.

Meccanismo della reazione catalizzata dalla TG2 Htt Nel primo stadio un residuo di cisteina, presente nel sito catalitico del’enzima, reagisce con un gruppo γ-carbossiammidico di un residuo di glutammina + Intermedio reagise con amminogruppo di un residuo di isina dell’HTT mutata o un’altra proteina producendo un legame γ-glutammilisopeptidico Htt Si forma un intermedio altamente instabile γ-glutammiltioestere e liberando ammoniaca, che in condizioni fisiologiche viene immediatamente protonata 3 2 Htt Htt Legame tra due htt mutate. 4 rigenerazione del gruppo sulfidrilico della cisteina del sito attivo, così la transglutaminasi sarà libera di catalizzare un altro legame isopeptidico. Htt mutata

TG2 fa acquisire alla proteina htt mutata proprietà di aggregazione L’aggregazione, e la successiva precipitazione della proteina, è la causa principale dei meccanismi di neurodegenerazione, che colpiscono prevalentemente i neuroni dello striato e della corteccia cerebrale Questi aggregati sono stati ritrovati nel citoplasma e nel nucleo, sotto forma di inclusioni; ne sono un esempio le NIIs (inclusioni neuronali intranucleari).

Patologia colpisce sia le cellule della corteccia che dello striato

Studi Nei pazienti con corea l’htt : Htt normale e quella mutata sono equamente distribuite nelle cellule nervose Solo le cellule dello striato muoiono

considerazioni la corea di huntington è una malattia innescata e sostenuta dalla presenza dell’huntingtina mutata Non è necessario che tutta l’hungtintina sia mutata

Ma se l’huntingtina muta in tutte le cellule, perchè muoiono solo le striatali? Le cellule dello striato vivono Di una neutrofina ( BDNF ) ma non lo producono Esperimenti hanno dimostrato che l’huntingtina normale, stimola la trascrizione del gene BDNF e quindi la produzione del fattore neutrofico neuronale Quindi la ricevono mediante una connessione Cortico-Striatale

Ma se l’huntingtina è mutata Inibiizione della trascrizione del gene BDNF Le cellule della corteccia non producono BDNF. Le cellule dello striato muoiono xchè incapaci di produrlo

L’Hungtintina sana stimola la trascrizione del gene BDNF agendo, a livello di uno specifico elemento di 55 coppie di basi NRSE posto sul suo promotore II Trascrizione BDNF NRSE NRSE I II III IV Elementi Regolatori del Gene BDNF Huntingtina Normale

co-Rest Attivatori NRSE Htt REST Htt Precisamente l’Huntingtina sana tramite i domini HEAT interagisce con un silenziatore, il silenziatore REST, sequestrandolo a livello citoplasmatico, il silenziatore sequestrato nel citoplasma non può oltrepassare la membrana nucleare, interagire con NRSE e reclutare i repressori, quindi non può bloccare la trascrizione del gene BDNF HDAC HDAC Sin3a co-Rest Attivatori BDNF NRSE Htt REST Htt REST silenziatore

co-Rest REST NRSE REST REST Htt Htt L’Huntingtina mutata a causa del tratto di poliQ che ne altera la conformazione proteica perde la capacità di interagire con REST, in questo modo il silenziatore non rimane sequestrato nel citosol e attraversa la membrana nucleare dove va ad interagire con la sequenza NRSE, recluta i repressori della trascrizione proteica, si forma il complesso di repressione e viene così bloccata la trascrizione del gene BDNF HDAC Sin3a co-Rest HDAC BDNF REST NRSE REST REST Htt Htt

Alterazioni del metabolismo del colesterolo in pazienti con Corea Colesterolo è fondamentale x cellule nervose xchè: Guaina mielinica delle cellule nervose Componente della membrana di tutte le cellule Trasduzione del segnale Sinaptogenesi e cofattore x molecole di segnalazione Precursore degli ormoni steroidei

Pazienti con CH Diminuzione dei livelli di mRNA dei geni chiave della via di biosintesi del colesterolo e degli acidi grassi, in particolare diminuiscono i livelli do omega 3 (DHA, EPA)

pazienti Ridotta sintesi di insulina Sviluppo di diabete mellito di tipo 2 Farmaci : metformina usatix diabete e neurodegenerazione Corretta alimentazione

EREDITA’ La malattia è a trasmissione autosomica dominante del gene “mutato”. Ciascun figlio di un genitore malato ha il 50% delle possibilità di essere affetto.

Conclusioni La patologia Corea di Huntington insorge a causa: dell’espansione eccessiva della tripletta CAG, un’alterazione conformazionale e funzionale dell’htt l’htt se mutata diviene Pro-apoptotica impedisce la sintesi della neurotrofica BDNF, neurodegenerazione dei neuroni dello striato) e dei neuroni della corteccia cerebrali, a ciò segue morte dell’individuo malato.