Circa il 25% dei pazienti con XP sviluppa anomalie neurologiche progressive (malattia neurologica XP), con un tasso significativamente più alto in Giappone. I casi più gravi e più precoci di malattia neurologica XP sono osservati nei pazienti con XPA. I sintomi della malattia neurologica XP comprendono neuropatia periferica, sordità sensoriale, spasticità, atassia cerebellare, deterioramento mentale e microcefalia. Quelle anomalie neurologiche sono causate dalla degenerazione primaria dei neuroni normalmente sviluppati, che poi muoiono con conseguente gliosi diffusa (sostituzione cellulare inerte). Tuttavia, i meccanismi alla base dello sviluppo della neuro-XP rimangono oscuri. Più di 40 anni fa, Andrews et al. hanno riferito che le anomalie neurologiche XP sono correlate all’abilità di formazione delle colonie dopo la radiazione UV, utilizzando ceppi di fibroblasti derivati da 24 pazienti con XP. Hanno ipotizzato che, poiché le radiazioni UV provenienti dal sole non possono penetrare nel cervello, possono verificarsi alcuni tipi di danni al DNA endogeno nel cervello che sono normalmente riparati dalla via NER. In assenza di NER, questo danno postulato si accumulerebbe; alla fine porterebbe alla morte neuronale a causa della ridotta espressione di geni essenziali, provocando la neuro-XP. Nel 2000, due gruppi di ricerca hanno riportato una classe di danno al DNA generato dall’ossidazione chiamata ciclopurine, che sono in realtà substrati esclusivi per la NER.
Inoltre, è stato dimostrato che queste lesioni bloccano fortemente la normale espressione genica cellulare nelle cellule dei mammiferi. Le lesioni da ciclopurina sono formate dall’attacco di radicali idrossilici sul DNA e in particolare sulle purine adenina (A) e guanina (G). I radicali idrossili reagiscono con le porzioni di zucchero sottraendo un atomo di idrogeno da C5′, che diventa così radicale C5. Il radicale C5 attacca il doppio legame tra le posizioni N7 e C8 delle basi puriniche, chiudendo la struttura della base ad anello. Le ciclopurine possono essere indotte nel DNA mediante irradiazione gamma in assenza di ossigeno o con reazioni di Fenton (stress ossidativo con ioni ferro). È importante sottolineare che essi si possono formare col tempo nel DNA cellulare dei mammiferi, compresi gli esseri umani e sono chimicamente molto stabili. Pertanto, poiché le lesioni da ciclopurina soddisfano i criteri per i candidati di lesioni del DNA nell’ipotesi riguardante la causa della neuro-XP, il compito fondamentale per verificare tale ipotesi è dimostrare che più lesioni da ciclopurina si accumulano con l’età nei tessuti cerebrali da pazienti XP o da XP topi che dai loro controlli. Tuttavia, tale evidenza non è stata fornita, anche se diversi gruppi hanno attivamente quantificato quelle lesioni usando una spettrometria di massa chiamata LCeMS/MS accoppiata con la tecnica di diluizione degli isotopi.
Qualche mese fa un team di ricercatori giapponesi, guidati dal professor Shigeki Sugiura, ha impiegato un modello di topi XP che nascono senza la proteina XPA (Xpa -/-), per studiare la comparsa di lesioni nelle cellule cerebrali dovute alla malattia. I topi Xpa -/- sono noti per non sviluppare alcuna apparente neurodegenerazione, contrariamente ai pazienti umani XP-A, sebbene siano difettosi in NER e siano altamente suscettibili alla cancerogenesi cutanea indotta da raggi UV-B. I primi segni clinici della presenza di malattia neurologica XP sono riflessi tendinei profondi attenuati o quasi persi, perdita di udito ad alta frequenza. Infatti, dopo i 6 anni, i pazienti con XPA sviluppano gradualmente l’areflessia, problemi di udito neurosensoriale e il ritardo mentale. Questi risultati suggeriscono che ci vogliono almeno 6 anni per le lesioni ciclopurine accumulate a portare a morte neuronale estesa e alla malattia neurologica XP. Se il tasso di formazione della lesione e il meccanismo della patogenesi non fossero ampiamente diversi tra esseri umani e topi, una semplice spiegazione è che la durata triennale dei topi Xpa -/- potrebbe essere troppo breve per sviluppare la neurodegenerazione. Invece, è stato recentemente riportato che i topi Xpa -/- di età compresa tra 38 e 40 settimane presentano già sordità neurosensoriale.
Il team giapponese ha potuto appurare che i topi Xpa-/- hanno elevato accumulo di ciclopurine e che le lesioni maggiori compaiono sia nel sistema nervoso che nell’apparato riproduttivo. Questo è in linea con i difetti di fertilità riscontrati in passato per questi topi. Le analisi di dosaggio delle ciclopurine sono state eseguite con anticorpi sviluppati appositamente contro la ciclo-dA e la ciclo-dG. Ebbene, la maggior parte dei tessuti dei topi Xpa -/- non sviluppano lesioni cellulari significative fino a 29 mesi di vita (2 anni e mezzo), mentre il sistema nervoso e le cellule germinali risultano positive. Questo indica che, almeno nei topi, il danno indotto dalla malattia XPA è tessuto-specifico. Ciò è coerente con l’evidenza che i neuroni di umani e roditori e gli astrociti dei roditori hanno una ridotta ma sostanziale abilità di tipo NER, riparano le lesioni genetiche ma non al 100% di efficienza. Recentemente, è stato riportato che la neurodegenerazione dei pazienti con XPA può essere associata a disfunzione mitocondriale, tramite iper-attivazione dell’enzima PARP-1 e riduzione del cofattore vitaminico NAD. Questo studio ha suggerito che questa patogenesi sembra comune all’ataxia-teleangectasia (AT) e alla sindrome di Cockayne (CS), due disturbi genetici della riparazione del DNA in cui compare degenerazione delle cellule cerebrali.
Tuttavia, questo può essere difficile da accettare come meccanismo primario, perché ci sono grandi differenze nella neurodegenerazione tra i pazienti con XPA, AT e CS. Pertanto, può essere ragionevole considerare che la neuro-XP è principalmente associata all’accumulo di lesioni da ciclopurina. La disfunzione mitocondriale, cioè, verrebbe dopo essendo secondaria allo stress ossidativo e al danno che subisce anche il DNA dei mitocondri.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
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