Genetica e diagnosi delle malattie da accumulo lisosomiale

Tutti gli LSD ad eccezione di due, malattia di Fabry e MPS di tipo II (malattia di Hunter), sono ereditati come tratti autosomici recessivi. Le malattie di Fabry e Hunter sono ereditate come tratti recessivi legati all’X. La maggior parte delle mutazioni che causano i singoli LSD provocano i singoli cambiamenti dell’aminoacido nella catena del polipeptide dell’enzima, con conseguente funzione assente o difettosa. I geni che codificano la maggior parte delle proteine lisosomiali sono stati clonati, e non vi è alcun clustering evidente di questi geni all’interno del genoma. In alcuni casi, sono stati descritti anche pseudogeni non funzionali, che possono o non possono essere trascritti o tradotti in una proteina non funzionale. Sebbene non vi sia alcun clustering dei geni lisosomiali, la maggior parte mostra un comportamento trascrizionale coordinato e sono regolati dal TFEB.4,17 Nel LSD TFEB è spesso traslocato dal citoplasma al nucleo per” accendere ” l’espressione di altre proteine lisosomiali e migliorare la biogenesi lisosomiale. Questo è un meccanismo con cui le cellule cercano di compensare la disfunzione lisosomiale. Tuttavia, poiché i lisosomi appena formati in queste malattie manterranno lo stesso difetto metabolico primario, questo può portare all’amplificazione della patologia della malattia.

Le proteine mutate nei pazienti con LSD possono essere stabili e consegnate ai lisosomi (anche se con ridotta funzione catalitica), o possono essere instabili con consegna solo parziale o assente ai lisosomi. Gli effetti delle singole mutazioni possono anche essere specifici delle cellule e dei tessuti a seconda del normale modello di espressione degli enzimi. In generale, i “portatori” eterozigoti di singole mutazioni in un gene lisosomiale non sviluppano sintomi clinici del disturbo, tranne che nei disturbi legati all’X. Ad esempio, nella malattia di Fabry i modelli di inattivazione X possono portare a gruppi di cellule senza attività enzimatica e individui femminili portatori di una mutazione α-galattosidasi Possono sviluppare patologie correlate alla malattia.18 Inoltre, un gene lisosomiale, SMPD1 codificante la sfingomielinasi acida (ASM), è noto per essere “paternalmente impresso” (cioè, espresso preferenzialmente dal cromosoma materno), suggerendo che gli individui di tipo A e B NPD che ereditano mutazioni SMPD1 “gravi” sul cromosoma materno possono essere più gravemente colpiti rispetto a quelli che ereditano le stesse mutazioni dal cromosoma paterno.19 Ciò suggerisce anche che alcuni individui portatori di NPD di tipo A e B con mutazioni di origine materna potrebbero mostrare manifestazioni cliniche o di laboratorio del disturbo, e c’è almeno un rapporto che documenta livelli di lipoproteine sieriche ad alta densità molto bassi in tali individui portatori.20

I test diagnostici per pazienti sospettati di avere LSD generalmente si basano sulla misurazione di specifiche attività enzimatiche in leucociti isolati, fibroblasti in coltura o linfoblasti trasformati. Per alcuni disturbi, sono disponibili anche l’identificazione del vettore e la diagnosi prenatale. Tuttavia, poiché la rilevazione delle singole attività enzimatiche è spesso complessa (ad es., utilizza substrati non naturali, detergenti e altre condizioni di dosaggio specifiche), si raccomanda che la conferma enzimatica dei casi sospetti venga effettuata in laboratori specializzati con esperienza in questi metodi. Inoltre, poiché nella maggior parte dei LSD i leucociti e i fibroblasti cutanei non sono i tipi di cellule clinicamente rilevanti, questi metodi di analisi sono nella migliore delle ipotesi misure indirette della funzione della proteina lisosomiale difettosa nei siti patologici. Per questo motivo, prevedere l’esito clinico di queste misurazioni in vitro non è generalmente affidabile.21 Ad esempio, le cellule di pazienti con la forma neurologica infantile di NPD carente di ASM (tipo A) e la forma non neurologica ad esordio successivo (tipo B) hanno spesso attività enzimatiche residue simili, sebbene il loro decorso clinico sia marcatamente diverso. Questo probabilmente riflette la funzione dei singoli polipeptidi mutanti ASM nel cervello. Numerosi altri esempi esistono anche per altri LSD, che rappresentano una sfida unica per la previsione dei risultati fenotipici nei pazienti di nuova diagnosi.

Come già notato, molte anomalie genetiche sono state identificate per la maggior parte dei singoli LSD. Per la maggior parte delle malattie, sono state trovate mutazioni multiple e la maggior parte di queste sono uniche (cioè private) per le singole famiglie. Tuttavia, per alcuni LSD ci sono popolazioni specifiche che possono avere mutazioni ricorrenti causate da effetti fondatori e / o consanguineità, facilitando l’uso di metodi di screening basati sul DNA per la rilevazione dell’LSD. Questo è stato più efficacemente tradotto in uso clinico nella popolazione ebraica ashkenazita, in cui un numero relativamente piccolo(s) di mutazioni rappresentano diversi LSD.22 Ciò ha portato alla creazione di un pannello di screening basato sul DNA “Malattia genetica ebraica” e l’identificazione basata sulla popolazione di individui portatori per lo stesso disturbo. Tali individui sono indirizzati per la consulenza genetica per assistere con la pianificazione familiare e le scelte di esito della gravidanza. L’implementazione di tale screening ha portato a una drastica riduzione dell’incidenza di alcune malattie all’interno di questa popolazione (ad esempio, malattia infantile di Tay–Sachs) e probabilmente porterà alla prevenzione anche di altri disturbi. È anche probabile che la rapida evoluzione di metodi di sequenziamento ad alto rendimento e convenienti apra altre popolazioni e disturbi a questi approcci di screening basati sul DNA.23 Tuttavia, è importante notare che le conseguenze funzionali della maggior parte delle anomalie del DNA sulla funzione proteica non sono state confermate, e quindi i metodi basati sul DNA da soli non dovrebbero essere usati per predire gli esiti clinici nei pazienti a meno che le conseguenze biochimiche di queste anomalie non siano completamente stabilite. In generale, la conferma di un caso sospetto di LSD dovrebbe essere effettuata sia da studi enzimatici che basati sul DNA, e solo in rari casi questi test di laboratorio sono utili per prevedere gli esiti clinici.