FIGURA 4-14. Sezione di corteccia cerebrale da un paziente con malattia di Alzheimer contenente groviglio neurofibrillare (A) e placca neuritica (B). La sezione è stata elaborata con la macchia di Bielehowsky. (Per gentile concessione di John M. Hardman.)

Il costituente principale delle placche extracellulari è la proteina β amiloide (Aß), che si aggrega in filamenti di 8 nm. Aß è un peptide di 40 o 42 residui di aminoacidi ed è proteoliticamente derivato da una glicoproteina transmembrana nota come proteina precursore β-amiloide (β APP). Gli enzimi che fendono ßAPP ad Aß sono conosciuti come secretasi. ßAPP è ampiamente espresso, in particolare nel cervello, e il suo gene è stato localizzato al cromosoma 21q. Due importanti osservazioni hanno aiutato a comprendere il ruolo dei peptidi Aß nella patologia della malattia di Alzheimer. Il primo è che i pazienti con sindrome di Down hanno la trisomia 21 (cioè, tre cromosomi 21 invece di due), presentano depositi Aß e sviluppano caratteristiche classiche della malattia di Alzheimer all’età di 40 anni o prima. In secondo luogo, diverse mutazioni missense in ßAPP sono state identificate nei casi di malattia di Alzheimer autosomica dominante. Queste mutazioni dominanti in ßAPP influenzano negativamente l’azione delle secretasi aumentando il tasso assoluto di escrezione di Aß (mutazioni N-terminali) o aumentando il rapporto Aß42 a Aß40 (mutazioni C-terminali).

I disturbi ereditari della malattia di Alzheimer rappresentano meno dell ‘ 1% di tutti i casi. I peptidi Aß si aggregano per formare strutture β che portano alle fibrille. I peptidi Aß42 sono più neurotossici e producono effetti tossici da molti meccanismi correlati. Questi possono comportare lesioni ossidative, cambiamenti nell’omeostasi intracellulare Ca2+, riorganizzazione citoscheletrica e azioni da parte delle citochine.

I grovigli intraneuronali sono fasci di lunghi filamenti elicoidali accoppiati che consistono nella proteina tau associata ai microtubuli. La normale funzione della proteina tau è quella di stabilizzare i microtubuli nei neuroni migliorando la polimerizzazione della tubulina. Normalmente, la proteina tau è solubile; tuttavia, quando è eccessivamente fosforilato, si trasforma in un polimero filamentoso insolubile. La disregolazione degli eventi di fosforilazione / defosforilazione è stata attribuita ad una maggiore attività di alcune chinasi e ad una diminuita attività di alcune fosfatasi. Mentre le placche sono patognomoniche per l’AD, i grovigli si trovano in malattie neurologiche etiologicamente diverse. Disturbi di iperfosforilazione anormale e aggregazione aberrante della proteina tau in polimeri fibrillari sono noti come taupatie. Esempi di taupatie oltre all’AD sono la paralisi sopranucleare progressiva, la malattia di Pick, la degenerazione corticobasale e le demenze frontotemporali.

Altri due geni oltre a ßAPP sono stati implicati nell’insorgenza precoce delle forme autosomiche dominanti della malattia di Alzheimer. Gli altri due geni causali si trovano sui cromosomi 14 e 1 e codificano per le proteine transmembranopresenilina 1 (costituita da 467 residui di amminoacidi) e presenilina 2 (costituita da 448 residui di amminoacidi). Queste proteine sono sintetizzate nei neuroni ma le loro funzioni non sono note. Tuttavia, le mutazioni nei geni di presenilina portano a un’eccessiva produzione di peptidi Aß42.

Le forme sporadiche della malattia di Alzheimer, responsabili del 90% di tutti i casi, sono malattie complesse e possono rappresentare l’azione combinata di fattori ambientali e tratti genetici che si manifestano su lunghi periodi di tempo. Varie forme di un gene polimorfico per apolipoproteina E (apo E) che si trova sul cromosoma 19 sono stati trovati a verificarsi in maggiore frequenza nelle persone con malattia di Alzheimer. Ci sono tre alleli del gene apo E con sei combinazioni: ε2/ ε2, ε3/ε3, ε4/ε4, ε2/ε3, ε2/ε4 e ε3 / ε4. Apo E è una proteina del trasportatore del lipido che soprattutto è sintetizzata nel fegato; tuttavia inoltre è sintetizzato in astrociti e neuroni. La funzione delle proteine apo E nel metabolismo delle lipoproteine e la loro relazione con l’aterosclerosi precoce sono discusse nel capitolo 20.

Dei diversi genotipi per apo E, l’acquisizione di due alleli apo E ε4 può aumentare il rischio di malattia di Alzheimer fino a otto volte. Ogni copia del gene apo E aumenta il rischio e sposta l’insorgenza a età più basse. Il meccanismo biochimico con cui la proteina apo E ε4 partecipa alla formazione di grovigli e placche non è chiaro. Sono stati suggeriti diversi meccanismi, vale a dire l’interazione con la proteina tau e la generazione e la clearance dei peptidi Aß.

La terapia farmacologica per la malattia di Alzheimer consiste nel correggere il deficit colinergico somministrando inibitori dell’acetilcolinesterasi (ad esempio, tacrina, donepezil). La terapia dell’estrogeno in donne con la malattia di Alzheimer è stata associata con la prestazione conoscitiva migliore. L’effetto benefico dell’estrogeno può essere dovuto ad azioni colinergiche e neurotrofiche. Altre strategie terapeutiche sono dirette ad inibire o diminuire la formazione di peptidi neurotossici. Inoltre, i farmaci che digeriscono selettivamente i peptidi aggregati possono rivelarsi utili. Un vaccino sperimentale che contiene peptide AP somministrato a topi che producono placca porta a meno formazione di placca nei topi più giovani e la scomparsa di placche nei topi più anziani. Le alterazioni nella formazione della placca nei topi sono state associate alla conservazione della memoria e alla capacità di apprendimento. La vaccinazione non ha innescato una risposta autoimmune o una reazione tossica negli animali da esperimento. Pertanto, questi studi hanno fornito impulso allo sviluppo di un vaccino umano.

Nel valutare un paziente per la malattia di Alzheimer, è essenziale che altre cause curabili di demenza siano escluse determinando parametri biochimici e clinici critici. Alcune delle anomalie curabili e relativamente comuni che producono demenza includono l’abuso di droghe, lo squilibrio elettrolitico, le anomalie della tiroide e la carenza di vitamina B12; anomalie meno comuni sono il tumore, l’ictus e l’encefalopatia di Wernicke.

L’amiloidosi transtiretina (chiamata anche polineuropatia amiloide familiare) è una sindrome autosomica dominante caratterizzata da neuropatia periferica. Questa malattia deriva da una delle cinque mutazioni identificate finora nel gene della transtiretina. La transtiretina è anche chiamata prealbumina (sebbene non abbia alcuna relazione strutturale con l’albumina) perché migra prima dell’albumina nell’elettroforesi standard a pH 8,6. La transtiretina è sintetizzata nel fegato ed è una normale proteina plasmatica con una concentrazione di 20-40 mg / dL. Trasporta la tiroxina e la proteina legante il retinolo (Capitolo 38). La concentrazione di transtiretina è significativamente diminuita nella malnutrizione e i livelli plasmatici sono diagnostici dei disturbi della malnutrizione (Capitolo 17).

Il gene per la transtiretina risiede sul cromosoma 18 ed è espresso in modo costitutivo. La struttura primaria della transtiretina consiste di 127 residui di amminoacidi e otto strutture β-fogli disposte in una conformazione antiparallela su piani paralleli (Figura 4-15).

FIGURA 4-15. La struttura della transtiretina. La molecola contiene otto filamenti β antiparalleli (A-H) disposti su due piani paralleli. La forma circolante di transtiretina è un tetramero. Alcune mutazioni nel gene della transtiretina sono associate all’amiloidosi e sono indicate otto delle alterazioni aminoacidiche che causano questa malattia. Nel plasma, la transtiretina è un tetramero composto da monomeri identici. Sembra che le mutazioni inducano l’intermedio monomerico spiegato della transtiretina ad aggregarsi in una formazione insolubile di fibrilla β-amiloide.

Disturbi del ripiegamento proteico di natura insolita possono spiegare un gruppo di encefalopatie spongiformi trasmissibili (TSE) che coinvolgono proteine chiamate prioni (PrP). Questi disturbi, noti come malattie da prioni, sono tutti caratterizzati da deposizione di amiloide nel cervello di animali e umani. Le caratteristiche cliniche includono sintomi neurologici con perdita di controllo motorio, demenza, paralisi e spreco. I periodi di incubazione per le malattie da prioni sono mesi negli animali e anni negli esseri umani. Non sono disponibili trattamenti per nessuna di queste malattie. Le TSE si verificano in diverse specie di animali e umani e i modelli animali sono stati essenziali per decifrare le basi molecolari di queste malattie. Esempi di malattie da prioni che si verificano negli animali e nell’uomo sono:

Cats	:	transimissible feline encephalopathy
Cows	:	bovine spongiform encephalopathy (BSE)
Mink	:	transmissible mink encephalopathy
Mule deer and elk:	:	chronic wasting disease
Sheep	:	scrapie
Humans	:	Malattia di Creutzfeld-Jakob (CJD), Kuru, sindrome da insonnia fatale-familiare e malattia di Gerstmann-Straussler-Schenker

Le TSE possono presentare presentazioni ereditarie, infettive e sporadiche. Inoltre, la malattia ereditaria può anche essere infettiva. La CJD si presenta sia come una malattia autosomica dominante ereditaria che in una forma trasmissibile. Nell’ipotesi “proteina soltanto”, la proteina anormale del prione, introdotta dalle fonti esterne o prodotta dal gene mutato della proteina del prione, pregiudica il ripiegamento normale della proteina e sposta il ripiegamento della proteina del prione verso la formazione della proteina anormale del prione. La conversione della normale proteina prionica, la cui funzione è sconosciuta, in una forma aberrante comporta un cambiamento conformazionale piuttosto che una modificazione covalente. La proteina anormale del prione funziona come seme che induce la proteina normale del prione cellulare verso le proteine ricche amiloidogene anormali della β-struttura che possono essere propagate e trasmesse ad altre cellule. La forma aggregata di proteina prionica che forma amiloide è resistente alla proteolisi.

La conversione della proteina prionica naturale sensibile alla proteasi in una forma resistente alla proteasi avviene in vitro mescolando le due proteine. Tuttavia, queste proteine prioniche resistenti alla proteasi non sono infettive. Pertanto, nell’ipotesi” solo proteica ” dell’infezione da prioni, l’acquisizione di una conformazione aberrante non è sufficiente per la propagazione dell’infettività. Tuttavia, nel sistema del lievito (Saccharomyces cerevisiae), la forma anormale del prione della proteina del lievito, introdotta dalla fusione del liposoma, è in grado di seminare un cambiamento conformazionale auto-propagante delle proteine normali, che si accumulano come aggregati. Gli aggregati sono trasmissibili alle cellule di lievito figlia insieme alla propagazione del fenotipo anormale.

Recentemente è sorto un grave problema di salute pubblica dimostrando che una malattia da prioni nei bovini può attraversare le barriere delle specie e infettare gli esseri umani. Ciò si è verificato quando i bovini sono stati alimentati pasto a base di pecore infette da scrapie. I bovini hanno sviluppato la BSE (comunemente chiamata “malattia della mucca pazza”). Successivamente, quando le persone consumavano carne bovina contaminata da prioni, un piccolo numero, principalmente in Gran Bretagna, sviluppò una variante di CJD (vCJD) circa cinque anni dopo. La forma variante della CJD è una forma unica di malattia da prioni che si verifica in una popolazione molto più giovane di quanto ci si aspetterebbe dalla CJD ereditaria o sporadica. Sia la BSE che la vCJD condividono molte caratteristiche patologiche simili che suggeriscono un legame eziologico tra la vCJD umana e la BSE bovina.

La proteina soppressore tumorale p53 fornisce un altro esempio di misfolding proteico che può portare a effetti patologici, in questo caso tumori (p è per la proteina e 53 è per il suo peso molecolare approssimativo di 53.000). Il gene per p53 si trova sul braccio corto del cromosoma 17 (17 p) e codifica per una fosfoproteina di 393 aminoacidi. In molti tumori il gene p53 è mutato e la mancanza di proteina p53 normale è stata collegata allo sviluppo di ben il 40% dei tumori umani.

Il normale p53 funziona come soppressore tumorale ed è un fattore di trascrizione che normalmente partecipa alla regolazione di diversi geni necessari per controllare la crescita cellulare, la riparazione del DNA e l’apoptosi (morte cellulare programmata). Il normale p53 è un tetramero e si lega al DNA in modo specifico per la sequenza. Uno dei geni regolati da p53 produce una proteina nota come p21, che interferisce con il ciclo cellulare legandosi alle ciclin chinasi. Altri geni regolati da p53 sono MDM2 e BAX. Il gene precedente codifica per una proteina che inibisce l’azione di p53 funzionando come parte di un meccanismo di feedback normativo. Si pensa che la proteina prodotta dal gene BAX svolga un ruolo nell’apoptosi indotta da p53.

La maggior parte delle mutazioni dei geni p53 sono mutazioni missense somatiche che coinvolgono sostituzioni di aminoacidi nel dominio di legame del DNA. Le forme mutanti di p53 sono proteine misfolded con conformazioni anormali e l’incapacità di legarsi al DNA, o sono meno stabili. Gli individui con la rara sindrome di Li-Fraumeni (un tratto autosomico dominante) hanno un gene p53 mutato e un gene p53 normale. Questi individui hanno aumentato la suscettibilità a molti tumori, come leucemia, carcinomi al seno, sarcomi dei tessuti molli, tumori cerebrali e osteosarcomi.

Sono in corso studi clinici per verificare se l’introduzione del gene normale p53 nelle cellule tumorali mediante terapia genica (Capitolo 23) abbia effetti benefici nel trattamento del cancro. I primi risultati con la terapia genica p53 indicano che può ridurre il tumore innescando l’apoptosi.