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Master in Malattie RareSeminario

Torino, 27 – marzo – 2009_______________________________________________

Le malattie da prioni:

A.S.L. TO2Azienda Sanitaria Locale

Torino NordDOMP

Le malattie da prioni:demenze rare e demenze meno rare

Carlo Buffa

1. definizione2. eziologia3. clinica 4. classificazione 5. epidemiologia

Le malattie da prioni

5. epidemiologia6. diagnosi strumentale7. trasmissibilità8. terapia 9. legislazione10. divagazioni

definizioni

PRIONI

Cosa significa?

Proteinaceous Infectious Particle composti proteinacei infettanti descritti da Prusiner nel

1982: mentre cercava la causa dello scrapie della

pecora si rese conto che l’agente trasmissibile era pecora si rese conto che l’agente trasmissibile era

privo di acido nucleico.

Infatti, trattando con UV (che impediscono il regolare

accoppiamento della doppia elica degli acidi

nucleici), il tessuto nervoso della pecora affetta da

scrapie continua ad essere infettante

Transmissible

TSE

TransmissibleSpongiformEncephalopathies

eziologia

The “Protein Only” Hypothesis

PrPc PrPsc (o PrPres)

la proteina prionica modificata è proteinasi

resistente e si accumula (amiloidogenesi).

struttura delle proteine

• Primaria: la sequenza lineare degli aminoacidi

• Secondaria: la ripiegatura dei diversi tratti (α-elica, β-

piana, Ω-ciclica, etc.)piana, Ω-ciclica, etc.)

• Terziaria: conformazione spaziale complessiva

• Quaternaria: aggregati di proteine analoghe con

struttura polimerica (2 o + polipeptidi)

Folding e misfolding

(e molecole chaperon)

Proteine chaperon: prevengono il misfolding

Legano i gruppi idrofobici e impediscono l’aggregazioneimpediscono l’aggregazione

Ma talvolta il misfolding si verifica ugualmente

modificazione conformazionale

Processo degenerativo delle proteine

Folding e misfolding

accumulo di proteine anomalepiù resistenti(amiloide)

TSEParkinson AlzheimerHuntingtonecc.

struttura della PrP c

GPI: glico-fosfatidil-inositolo (sulla parete cellul are)

253 aminoacidi 3 regioni ad α elica

253 aminoacidi 2 regioni ad α elica1 regione ß – sheet

misfolding della PrP

PrPc PrPsc

Aggregati stabili,Amiloide - Fibrille

Affiancamento delle alfa eliche a segmenti di proteine mal ripiegate (beta)Formazione di eterodimeri e infine di forme stabili omodimere, β-sheet, adisposizione antiparallela. Meccanismo auto-catalizzante. La reazione inversa èpossibile in laboratorio, con tamponi particolari, in vivo è probabilmente assenteo nulla.

Similarità fra PrP umana e bovina. Facilità di aggregazione reciproca.

La stessa proteina patologica può dare la stessa malattia degenerativa

infettiva

dare la stessa malattia degenerativa con tre meccanismi diversi

sporadicaereditaria

Il gene Il gene PRNPPRNP

La PrP è codificata da un piccolo gene, il PRNP, che sta sul braccio corto del cromosoma 20

FFICJD

Polimorfismo MM, MV, VVV

GSS

PrPc putative functions

A che serve la proteina normale (PrP c) ?

Glicoproteina ancorata alle membrane cellulari.

Espressa nei neuroni e in quasi tutti i tessuti

- Azioni:

• sviluppo delle sinapsi, crescita di assoni e neurit i

• protezione della mielina• protezione della mielina

• Legare Cu ++

• Riparare cellule danneggiate

• Limitare: apoptosi e stress ossidativo

… però il topo transgenico senza PrP ha normale sopravvivenza …

• La trasformazione PrP c – PrPsc non è completamente chiarita

NATURE Vol 443 - 19 October 2006 - dai:10.1038/nature05294

La teoria dei prioni spiega tutto?

• senza PrP c, la PrP res non provoca infezione

• la reazione che produce PrP sc avviene solo in presenza dicellule (la PrP sc non è sintetizzabile in laboratorio).

• Per fare aggregati peptidici tossici c’é bisogno di chapero n,ioni metallici, GAGs e lipidi e quindi forse indirettamente c’èbisogno anche di acido nucleico

clinicaclinica

1920 1921 Hans Gerhard Alphons Maria

Creutzfeldt Jakob1885 - 1964 1884 - 1931

Creutzfeldt nel 1920 e Jakob nel 1921 descrivono separatamente un caso di “pseudosclerosi spastica” . Da allora descritte numerose encefalopatie spongiformi dei mammiferi: pecore (scrapie), bovini (BSE), daini, alci, topi, ungulati selvatici, primati, visoni.Nell’uomo: 4 malattie da prioni, tutte dementigene.

1885 - 1964 1884 - 1931

CJD

CJD sporadica “spontanea”

CJD familiare genetica (mutazione PRNP)

CJD iatrogena infettiva

CJD variante infettiva (dalla BSE).

Forme cliniche di TSE nell’uomo

CJD variante infettiva (dalla BSE).

GSS genetica

FFI genetica o sporadica

KURU infettiva (cannibalismo rituale)

CJD sporadica e CJD familiare

1 / 1 milione Età media 60 anni. Durata: 2-12 mesi (media 4-5).

primi sintomi abitualmente di tipo psichiatrico:depressione, irritabilità, disturbi del sonno

deficit cognitivo ingravescente mioclonie spontanee e riflessesegni cerebellari e piramidalimutismo acinetico

20 % ad esordio improvviso quasi ictale. talvolta inizio con disturbi visivi (di Heidenhain) rara forma coreo-atetosica o ballica

14 % familiare: mutazioni puntiformi o diverse inserzioni di octopeptidi. La mutazione al codon 200 (E200K) è la più frequente.

CJD iatrogena (dati a fine 2005)

impianto di cornea 3 casi

impianto di dura 169 casiimpianto di dura 169 casi

ormoni ipofisari da cadavere 147 casi

elettrodi EEG intratecali 2 casi

interventi neurochirurgici 4 casi

trasfusioni …….

CJD variante

Prima segnalazione 1996 su Lancet. Età media d’esordio 29 anni. Sintomi psichiatrici all’inizio; entro 2 mesi parestesie dolorose; poi tremori e disartria; poi mioclonie, demenza, atassia. Durata media 14 mesi. Tutti casi sono MM al codon 129.EEG non tipico. Proteina 14-3-3 nel liquor presente solo nella metà dei casi. Più Proteina 14-3-3 nel liquor presente solo nella metà dei casi. Più sensibile ma meno specifica per la diagnosi la TAU.Costante presenza di PrPres nelle tonsille, nella milza e nei linfonodi. Diagnosi in vitam tramite biopsia tonsillare.

UK 140Francia 9Italia 1

Irlanda 2

Canada 1

Casi di vCJD (2005)

Canada 1

USA 1

TOTALE 154

fino al 2007: 199 casi

GSS (malattia di Gerstmann – Sträussler – Scheinker)

2/100 milioni/anno. Atassia cerebellare, poi demen za.

Nel 40 % mutazione al codon 102 (P102L).

Familiare

Clinica molto varia. Casi senza demenza. Prevalenza di atassia.

In Italia cluster siciliano (Palermo).

Altre mutazioni con paraparesi spastica e parkinsoni smo .

FFI familial fatal insomnia

Nel 1986 descritta famiglia italiana con numerosi casi. Inizialmente non attribuita alle TSE. Demenza talamicaInsonnia intrattabile, alterazioni ormonali e neurovegetative. Presenile. Sopravvivenza 1-2 anni.14-3-3 assente, RM normale. 14-3-3 assente, RM normale. Alla PET ridotta attività nei nuclei talamici.Spongiosi e PrPres nel talamo. Mutazione al codon 178 (D178N). Overlap con CJD familiari dipenderebbe dal polimorfismo al 129 (VV nei casi di CJD, MM nei casi di FFI). Ereditarietà dominante.

KuruPresso l’etnia Före, di Papua in Nuova Guinea: (Kuru = rabbrividire)

Cannibalismo rituale: viscere (donne, bambini), muscoli (uomini). Disturbi cerebellari, labilità affettiva. Demenza tardiva. † 3-4 anni.Messa tra le encefalopatie spongiotiche dal 1959. MM al codon 129: aumentato rischio, più breve incubazione. 40 anni fa’ 50 % dei Före erano MM al codon 129, ora sono 0 %Ancora attuali casi VV (incubazione superiore a 40 anni).

Forme geneticheForme genetiche

Frequenza variabile:0,02 % Svizzera6 % Francia6 % Francia20-25 % Italia74 % Israele14 % nel mondo

classificazione

Glicotipi e frammenti della PrP res

Differente esposizione degli aminoacidi N-terminali per cui la proteinasi K ne rimuove un numero differente. Al W.B. frammenti con diversa mobilità.Tipo 1 (21 kDa), tipo 2 (19 kDa). Dalla correlazione fra polimorfismo al 129 e le glicoforme nascono

MM Tipo 1MVMVVV Tipo 2

6 classi biochimico-molecolari per la CJD sporadica

diagnosi strumentale

EEG

L’EEG è stato, per molti anni, il principale strumento diagnostico per la CJD in vita e compare tra i criteri diagnostici dell’OMS.

EEG tipico:attività periodica con sharp waves, diffuse, bi/trifasiche, a 1-2 hz

Sharp waves, ritmiche, tipiche, ma da sole insufficienti a fare diagnosi

EEG di 24 ore. Sharp waves 1 hz. e attività lenta in CJD sporadica. Fase di mutismo acinetico.

Fino a pochi anni fa la RM, nelle malattie

prioniche, era un esame deludente ed era

utilizzata soprattutto per escludere altre

RM

utilizzata soprattutto per escludere altre

patologie.

CJD sporadica

Sequenza T2

(pare normale)

MV al 129

mutazioni assenti

Stesso caso.

Sequenza FLAIR

Iperintensità

giriforme della giriforme della

corteccia

(tutti i lobi di dx)

Stesso caso

Sequenza in

diffusione

Iperintensità

della corteccia

cerebrale e del cerebrale e del

cervelletto

vCJD

segno del pulvinar

hockey stick sign

A

Sequenza FLAIR

Segnale elevato nel pulvinar (A)

B Sequenza FLAIR

Segnale elevato anche nella parte

media del talamo (B)

Il segno del pulvinar compare tra i criteri OMS

Esame liquor

Proteina 14-3-3positività 90 %. Falsa positività: ictus, tumori, encefalite

Proteina Tau e P-Tau.Falsa positività: encefalite, ictus, s. paraneoplastiche.s. paraneoplastiche.

western blot della proteina 14-3-3nel liquor

Biopsia mucosa olfattiva

Epitelio neurosensoriale

Esame neuropatologico

• Immunoistochimica

Pretrattamento

Acido FormicoAcido Formico

Autoclave

Proteinasi K

• Diversi anticorpi disponibili in commercio

ematossilina eosinaematossilina eosina

immunoistochimica

Spongiosi Gliosi Placche amiloidi

Immagine 1

Fi.Do.

Diagnosi in vitam

possibile - probabile

CLINICACLINICA

liquorliquor

EEGEEG

RM RM BIOPSIABIOPSIA

tonsilla (vCJD)tonsilla (vCJD)

genetica

definita

Mucosa olfattoria (CJD. GSS? IF?)Mucosa olfattoria (CJD. GSS? IF?)

Immunoistochimica(su encefalo fissato)

genetica

Diagnosi post mortem

Western Blot(su encefalo congelato)

epidemiologia

Piemonte e Valle d’Aosta

genn. 2002- sett. 2007

Probable TSE60 pts

Definite TSE40 pts

Probable sCJD2 pts

Genetic TSE11 pts

No TSE7 pts

DOMP

sCJDsCJD38 pts

sFI2 pts

gCJD9 pts

GSS1 pt

FFI1 pt

Total TSE cases = 53 Total TSE cases = 53

TSE in Europa 1993-2002

Distribuzione per età della CJD

56789

10

012345

<10 10-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-79 80-89 >90

Overall sCJD

trasmissibilità

C’è una barriera tra specie ?

PrPsc e la barriera tra specie

La sequenza di aminoacidi della PrP varia leggerme nte da una all’altra specie e nella stessa specie ( strains di PrP).

La trasmissibilità fra specie dipende dall’analogia nella sequenza diaminoacidi e dalla conformazione spaziale fra PrP sc infettante e PrP c

dell’ospite .

.

dell’ospite .

Per inoculazioni successive la PrP sc assume la conformazione dellaproteina dell’ospite , si abbrevia il tempo di incubazione ed aumenta lapercentuale di soggetti infettabili.

I e II passaggio sembrano fondamentali per il salto di barrie ra.

Il concetto di barriera fra specie

• La trasmissione di prioni da una specie dimammifero all’altra è tipicamente molto piùdifficile che la trasmissione all’interno della stessaspeciespecie

• La trasmissione di CJD dall’ uomo al topo è difficileo impossile, mentre il topo transgenico (con PrP ditipo umano) si infetta con assoluta facilità

TME = transmissible mink encephalopathy

Kuru

Kuru

Il cannibalismo fu proibito nei primi anni ’50 e

cessò completamente nel ‘59. Da allora nessun

bambino è morto di kuru nel South Fore.

Kuru

• Il virologo Carleton Gajdusek (Nobel 1976) inoculò estratti di cervello di persone decedute di kuru nel cervello di scimpanzè. Tutti gli scimpanzè. Tutti gli scimpanzè morirono entro 50 mesi dimostrando la natura infettiva del Kuru e la lunga incubazione.

L’epidemia di BSE in UK183.961 casi accertati in Gran Bretagna al giugno 2004

Completa

inizio

proscrizione

delle farine

animali

Completa

proscrizione

delle farine

animali

Prima

conferma

istopatologica

20

25

30

case

s of

vC

JD

25000

30000

35000

40000cases of BSEnvCJD BSE

epidemia di BSE (in UK) e di vCJD (nel mondo)

0

5

10

15

up to1987

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004year

case

s of

vC

JD

0

5000

10000

15000

20000

Collins SJ, Lawson VA, Masters CL , transmissible s pongiform encephalopathies. The Lancet. Vol. 363. Jan 3, 2004.

ANNO CAPI TESTATI CASI PREVALENZA(>24 mesi) sorv.attiva (CASI/10.000)

2001 462.536 48 1,042002 740.343 34 0,46

Sorveglianza attiva in Italia sulla BSE

2002 740.343 34 0,462003 (1) 787.540 31 0,392004 781.837 7 0,09

Totale 2.772.256 120 0,43(1) casi e test al 31.12, incluso un caso da sorveglianza passiva

Provvedimenti

Trasfondere sempre sangue senza linfociti(normativa UK 1998).

Tutti i bambini nati dopo il 1995 ricevano solosangue di donatori non inglesi (normativa UKsangue di donatori non inglesi (normativa UK2002).Eliminare dalla donazione chi ha soggiornato inInghilterra oltre 6 mesi.

Eliminare dalla donazione chi ha subitotrasfusioni?

VV

MM

MV

polimorfismo al codon 129

100% MM

70% MM

15%VV

15%MV

CJD sporadica vCJD

Controlli (fra i caucasici)

50%MV

40%MM

10 %VV

Tutti i casi di vCJD ad oggi sono MM al codon 129

Ma sono stati trovati 3 casi di persone VV con positività ai prioni nell’appendice celiaca

Anche la barriera VV verrà infranta?

Sono stati segnalati 3 casi ditrasmissione di CJD con trasfusioni ditrasmissione di CJD con trasfusioni disangue (incubazione di 5-6 anni).

3

3

12

23

28

115

CALABRIA

VALLE D'AOSTA

EMILIA ROMAGNA

PIEMONTE

VENETO

LOMBARDIA

Numero complessivo di sospetti

1

1

1

1

1

1

2

2

3

0 20 40 60 80 100 120 140

ABRUZZO

FRIULI V.G.

LIGURIA

PUGLIA

TOSCANA

TRENTO

LAZIO

SICILIA

CALABRIA

al 31/12/2004

terapia

Terapia

Al Prion 2006 una intera sessione sulla terapia • Il dramma emergente

• dei giovani affetti da vCJD• dei familiari dei casi genetici• dei casi trasfusi o altri a rischio iatrogeno

Necessità tra l’altro di counseling medico-legale e psicologico.

• Su colture di cellule nervose è facile eliminare i prioni • Su colture di cellule nervose è facile eliminare i prioni con molecole cicliche (es. blu di metilene)

• La quinacrina, le fenotiazine • La doxyciclina• Pentosan polisolfato endoventricolare (compete coi glicani

della PrP)• vaccino• MM ----> VV sistema linfoemopoietico ? ??

normative

Settembre 1988Parlamento Europeo e Consiglio dell’Unione Europeaistituiscono una rete di sorveglianza epidemiologica e dicontrollo delle malattie trasmissibilinella Comunità

Febbraio 2001Febbraio 2001La legislazione italiana equipara la Malattia di Creutzfeldt-

Jakob e le sindromi ad essa correlate alle malattieinfettive e diffusive che comportano l’adozione di misuredi sanità pubblica

Marzo 2001La legislazione italiana, considerata l’epidemia d i encefalopatia spongiforme del bovino (BSE) in atto nel Regno Unito dalla prima metà degli anni 80, stabil isce la necessità di monitorare l’incidenza della malattia di Creutzfeldt-Jakob e delle sindromi ad essa correlat e

D E C R E T A D E C R E T A La variante della Malattia di Creutzfeldt-Jakob, la Malattia di Creutzfeldt-Jakob e le sindromi ad esse correlat e devono essere segnalate sia al sospetto che nei casi accertati.

divagazioni

I prioni sono stati e sono causa di tragiche malattie: • cinquanta anni fa’ hanno decimato la popolazione di Papua• ci sono stati più di 250 morti da infezioni iatrogene• ancora non è esclusa un’epidemia post-BSE in Europa

Eppure si tratta di un fenomeno affascinante:

che va molto al di là delle malattie in questione e che può essere la strada

maestra per capire il meccanismo di interferenza fra le diverse proteine e

la patogenesi delle malattie neurodegenerativela patogenesi delle malattie neurodegenerative

Per ora, diverse questioni basilari sui prioni restano oscure.

Aguzzi A, Polymenidou M. “ Mammalian prion biology: one century of evolving concepts”. Cell. 2004 Jan 23; 116 (2): 313 - 27

Disorder Reported OverlapsOverlap between neurodegenerative disorders

Armstrong RA, Lantos PL, Cairns NJ. Neuropathology 2005;25:111–124

AD CBD,CJD,DLB,DS,GSS,NPD,PkD

CBD FTDP-17,FTD-MND,PD,PkD,PSP

CJD DLB,PD

DLB DS,MSA

FFI GSS

FTDP-17 CBD,PSP

FTD-MND CBD,HD

MSA PkD,DLB,PSP

PD PSP• AD Alzheimer’s disease; CBD corticobasal degeneration; CJD Creutzfeldt-Jakob disease; DLB,

dementia with Lewy bodies; DS Down’s syndrome; FTD-MND motor neuron disease with dementia; FTDP-17, frontotemporal dementia and parkinsonism linked to chromosome 17; GSS Gerstmann – Straussler – Scheinker syndrome; HD Huntingon’s disease; MSA Multiple system atrophy; NPD Niemann-Pick disease; PD, Pick’s disease; PkD Parkinson’s disease; PSP progressive supranuclear palsy.

Genetica delle popolazioni

L’esempio del Kuru (azzeramento del polimorfismo MM al codone129) ha fatto ipotizzare che tale polimorfismo si sia modellato in129) ha fatto ipotizzare che tale polimorfismo si sia modellato intempi preistorici sulla base di abitudini alimentari, di pratichecannibaliche e di conseguenti epidemie e selezioni collettiveattraverso gravi malattie epidemiche neurologiche.

finefine