Introduzione

L’atassia di Friedreich fu riportata per la prima volta nel 1863 da Nicholaus Friedreich ad Heidelberg, Germania. Egli descrisse i reperti essenziali della malattia: atrofia degenerativa dei cordoni posteriori del midollo spinale che conducono ad atassia progressiva, perdita di sensibilità, e debolezza muscolare, spesso associata con scoliosi, deformità del piede, e cardiopatia.

L’atassia di Friedreich (FRDA, FA) è un altro esempio di malattia causata dall’espansione ripetuta di un trinucleotide, cioè dall’espansione di una tripletta di GAA localizzata all’interno del primo introne del gene della fratassina. C’è una correlazione chiara tra dimensione della ripetizione espansa e la gravità del fenotipo in FRDA.

La fratassina è una proteina mitocondriale che ha un ruolo nell’omeostasi del ferro. La deficienza di fratassina dà luogo ad accumulo mitocondriale di ferro, a difetti a carico di enzimi mitocondriali specifici, ad aumentata sensibilità agli stress ossidativi ed infine alla morte cellulare mediata da radicali liberi.

La FRDA è considerata oggi una malattia mitocondriale codificata nel nucleo. Strategie moderne che usano scavengers dei radicali liberi offrono la speranza almeno di rallentare la progressione della cardiopatia in questi pazienti. Modelli murini di FRDA sono stati sviluppati mediante gene targeting per offrire sistemi in cui testare potenziali terapie.

Il Québec Collaborative Group nel 1976 e Harding nel 1981 definirono i criteri clinici essenziali per la diagnosi di FRDA. Con l’applicazione di metodi di genetica molecolare sono stati identificati i loci e le mutazioni per molte atassie ereditarie. Il gene di FRDA fu localizzato nel cromosoma 9q, e la mutazione più comune fu definita come un’espansione instabile di una sequenza ripetuta della tripletta nucleotidica GAA. Fin da questa scoperta la diagnosi molecolare di casi atipici è divenuta possibile e lo spettro fenotipico di FRDA è stato ampliato.

FRDA è l’atassia ereditaria più comune. È una malattia neurodegenerativa autosomica recessiva con una prevalenza stimata di 1:50000-1: 29000. L’incidenza è molto più bassa negli asiatici e nei soggetti di discendenza africana. La percentuale dei portatori è stata stimata a 1:120-1:60 (Alper G and Narayanan V. 2003. Friedreich’s Ataxia. Pediatr Neurol 28: 335-41).

Segni e sintomi

L’atassia progressiva ed incessante è la caratteristica principale di questa malattia. Più comunemente, comincia con goffaggine nella marcia.

L’esordio di solito è verso la pubertà, ma può variare da 2-3 anni di età a oltre 25 anni di età. Secondo Harding le caratteristiche cliniche essenziali sono:

  • eredità autosomica recessiva,
  • esordio prima dei 25 anni di età,
  • progressiva atassia degli arti e della marcia,
  • riflessi tendinei assenti alle estremità inferiori,
  • evidenza elettrofisiologica di neuropatia assonale sensitiva seguita da (entro 5 anni dall’esordio):
    • disartria,
    • areflessia in tutti i quattro arti,
    • perdita distale della sensibilità di posizione e pallestesica,
    • risposta plantare in estensione,
    • debolezza piramidale delle gambe.

La perdita della deambulazione avviene mediamente 15.5 ÷ 7.4 anni dopo l’esordio della malattia. La cardiomiopatia è la causa più comune di morte.

Si considera che i pazienti che esibiscono tutte queste caratteristiche cliniche elencate da Harding abbiano la “tipica” o “classica” forma della malattia.

Come con l’età di esordio, vi è una grande variabilità nelle altre caratteristiche cliniche, tra cui la velocità di progressione, la gravità e l’estensione del coinvolgimento da parte della malattia.

I pazienti possono essere confinati su una sedia a rotelle nella prima adolescenza o possono essere ancora deambulanti alla fine della quarta decade di vita.

Le complicazioni cardiache possono essere gravi abbastanza per provocare la morte precocemente o possono essere minime o assenti.

Altri reperti neurologici variabili includono anormalità oculomotorie, nistagmo, atrofia ottica (25%), e perdita d’udito neurosensoriale (20%). L’anomalia del movimento oculare più comune è l’instabilità nello sguardo fisso. Non si osserva oftalmoparesi.

Più di metà dei pazienti manifesta scoliosi progressiva, e circa metà manifesta piede cavo, piede equinovaro e dita dei piedi ad artiglio.

L’amiotrofia dei piccoli muscoli della mano e dei muscoli distali della gamba e del piede è comune.

Circa il 10% dei pazienti FRDA sono diabetici e la maggior parte dei pazienti diabetici richiede terapia insulinica.

La cardiomiopatia è evidente in circa i due terzi dei pazienti con FRDA ed è primariamente una cardiomiopatia ipertrofica concentrica simmetrica, anche se alcuni pazienti esibiscono ipertrofia settale asimmetrica. L’elettrocardiogramma illustra ampie inversioni dell’onda T e segni di ipertrofia ventricolare. Dopo la scoperta del difetto molecolare in FRDA, i pazienti con atassia autosomica recessiva o sporadica furono esaminati per rivalutare lo spettro fenotipico.

La vasta maggioranza (93-96%) dei pazienti con caratteristiche tipiche di FRDA è omozigote per l’espansione di GAA; inoltre, anche alcuni pazienti che non presentano FRDA classica o tipica (quelli che non soddisfano i criteri di Harding) erano omozigoti per la ripetizione espansa della tripletta nucleotidica.

Il fenotipo di FRDA è stato ampliato per includere le varianti seguenti che sono considerate FRDA atipica:

  • FRDA ad esordio tardivo. Età di esordio >20 anni fu riscontrata in 19 di 114 pazienti (17%) con un fenotipo di FRDA. Non c’era evidenza di eterogeneità genetica. Un confronto dei loro reperti clinici e di laboratorio con quelli dei pazienti che avevano sviluppato FRDA all’età tipica rivelò solamente una minor incidenza di anormalità scheletriche (piede cavo e scoliosi). La progressione della malattia come indicata dagli anni tra l’esordio ed il confinamento alla sedia a rotelle era più lenta nei pazienti con FRDA ad esordio tardivo.
  • FRDA con conservazione dei riflessi. Palau et al. dimostrarono un legame con il locus FRDA in otto pazienti da sei famiglie. Tutti i pazienti soddisfacevano ai criteri diagnostici di Harding, a parte l’assenza di scosse a ginocchio e caviglia. Comunque, manifestavano tutti neuropatia assonale sensitiva alle prove neurofisiologiche. Tutti i pazienti dimostrarono anomalie all’elettrocardiogramma. L’evidenza di cardiomiopatia ipertrofica era presente all’ecocardiogramma in tutti tranne uno. C’era coesistenza di fenotipo FRDA tipico in alcune famiglie. Un altro studio descrisse una famiglia con un link al locus del cromosoma 9; un membro esibì FRDA tipica, ed un altro manifestò una sindrome atassica simile con riflessi conservati. Il paziente con riflessi tendinei conservati non dimostrò evidenza elettrofisiologica di neuropatia assonale afferente grave, usuale in FRDA.
  • Tipo Acadiano (Forma Louisiana). Il tipo Acadiano osservato in una specifica popolazione di origine francese che vive nel nord America fu distinto da FRDA tipica dal suo decorso più mite e la minore incidenza di cardiomiopatia. È stata dimostrata omogeneità di linkage tra la forma Acadiana e la classica FRDA (Alper G and Narayanan V. 2003. Friedreich’s Ataxia. Pediatr Neurol 28: 335-41).
Storia naturale ed eziologia

L’esordio di FRDA è precoce e l’atassia alla deambulazione è il sintomo usuale di presentazione. Tipicamente entrambi gli arti inferiori sono colpiti in modo uguale. Alcuni pazienti possono avere inizialmente emiatassia prima che i sintomi divengano generalizzati. In certi casi l’atassia comincia improvvisamente dopo una malattia febbrile nella quale l’atassia di un arto inferiore precede quella dell’altro.

L’atassia dell’andatura si manifesta come marcia progressivamente lenta e goffa, che spesso comincia dopo che si è sviluppato una normale capacità di deambulazione. L’atassia può essere associata con difficoltà alla stazione eretta e nella corsa.

L’atassia è di tipo sia sensoriale sia cerebellare. Questa combinazione è stata etichettata come marcia tabetocerebellare. Vi sono opinioni contrastanti se predominino le caratteristiche sensoriali o le cerebellari.

Le caratteristiche cerebellari dell’atassia nella marcia di FRDA includono una andatura a base allargata con cambiamento continuo di posizione per mantenere l’equilibrio. Sedersi e alzarsi in piedi sono manovre associate ad esitazione.

L’atassia sensoriale che è il risultato di una perdita del senso di posizione articolare contribuisce alla stazione e all’andatura a base allargata, ma è presente anche una marcia steppante, caratterizzata da colpi disuguali ed irregolari del pavimento con la pianta dei piedi. Tentativi di correzione di ogni squilibrio danno tipicamente luogo a movimenti improvvisi e violenti.

Al progredire della malattia, l’atassia colpisce il tronco, le gambe e le braccia. Quando le braccia divengono macroscopicamente atassiche si possono sviluppare sia tremori d’azione sia tremori intenzionali. Può comparire esitazione del tronco. I muscoli facciali, buccali, e delle braccia possono essere colti da tremori e talvolta essere interessati da movimenti coreiformi. Il paziente può esperimentare facile affaticabilità.

Pazienti con FRDA avanzata possono avere intensa debolezza distale delle gambe e dei piedi, anche se una debolezza significativa delle braccia è rara prima che il paziente sia costretto in un letto. Infine il paziente non è capace di camminare a causa della debolezza progressiva e dell’atassia e diventa, così, prima legato ad una sedia a rotelle e da ultimo costretto nel letto.

Con il procedere della malattia compaiono disartria e disfagia. L’eloquio diventa via via indistinto, lento, e, alla fine, incomprensibile.

I pazienti possono esperimentare lieve indebolimento dei muscoli facciali con associata debolezza alla deglutizione.

L’incapacità a coordinare respiro, parola, deglutizione e risata può far sì che il paziente quasi si soffochi mentre parla (Ciliberti E and Galvez-Jimenez N. 2002. Friedreich Ataxia. eMedicine).

Eziologia

FRDA classica è il risultato di una mutazione genica nella regione centromerica del cromosoma 9 (9q13-21.1) nel sito del gene che codifica per la fratassina, una proteina di 210 aminoacidi. Questa mutazione è caratterizzata da un numero eccessivo di ripetizioni della tripletta nucleotidica GAA (guanina-adenina-adenina) nel primo introne del gene che codifica per la fratassina. È l’unica malattia nota che sia il risultato di una ripetizione del trinucleotide GAA.

L’espansione del tratto GAA tende a un’instabilità inter-generazionale, nella via germinale meiotica; per via materna (ovocita) è descritta la possibilità sia di espansione che di contrazione, con una tendenza all’espansione per ripetizioni più piccole ed alla contrazione per ripetizioni più grandi. Gli alleli trasmessi per via paterna (spermatozoo) vanno incontro solo a contrazione.

Inoltre, è stata dimostrata una tendenza all’aumento dell’espansione GAA anche nella via somatica, mitotica. Questa instabilità è età dipendente, e si configura soprattutto a carico di determinati distretti cellulari, come i neuroni pseudo unipolari dei gangli dorsali (mosaicismo somatico). Un’altra teoria che cerca di spiegare la selettività della FRDA per questo tipo di cellule, riconosce nei grandi neuroni sensitivi dei gangli dorsali, un rapporto svantaggioso tra le dimensioni di queste cellule, la capacità di produrre energia e il suo consumo. Di conseguenza, questa categoria cellulare sarebbe tra le prime a risentire di un difetto nella produzione di energia, effetto ultimo del deficit di fratassina.

Attualmente si ritiene che il meccanismo responsabile del silenziamento del gene deputato alla sintesi di fratassina e quindi detto FXN possa essere ricondotto a due modelli: 1) formazione di strutture anomale di DNA, con creazione di ibridi DNA-RNA (non usuali, non codificanti), 2) formazione di eterocromatina (la conformazione silente della cromatina, da cui sono formati i cromosomi).

Esperimenti condotti su plasmidi contenenti lunghi tratti di ripetizioni GAA hanno mostrato che questi sono composti da una struttura non usuale di DNA auto-associante, il cosiddetto “stiky DNA” (DNA “appiccicoso”), che si può formare anche in condizioni fisiologiche. La trascrizione attraverso porzioni isolate di DNA appiccicoso è stata confermata essere ridotta quando comparata a quella del DNA lineare. Questa conformazione inibisce il processo di trascrizione sia in vivo che in vitro, fungendo da ostacolo meccanico allo scorrimento dell’enzima RNA polimerasi, che procede lungo il filamento di DNA separato, trascrivendo il nascente m-RNA e quindi riducendo notevolmente la quantità del trascritto stesso che serve da stampo per la sintesi di fratassina.

In aggiunta a queste strutture alternative del DNA caratterizzanti il gene FXN, le sequenze ripetute di triplette possono indurre un impacchettamento delle regioni genomiche coinvolte, in eterocromatina inaccessibile, contribuendo ulteriormente al silenziamento genico. Lo stato di acetilazione degli istoni e di altre proteine coinvolte nella regolazione della trascrizione è cruciale per la regolazione dell’espressione genica. Nel 2006 Herman et al., dopo aver analizzato la struttura del gene FXN, hanno definito la FRDA come una “malattia da cromatina”.

Maggiore il numero di ripetizioni, maggiore la riduzione in espressione di fratassina. In un normale cromosoma, questa sequenza trinucleotidica è ripetuta da 6 fino a 22/36 volte. In pazienti con FRDA questa sequenza è ripetuta almeno 67 fino a 1800 volte e oltre. La variabilità nella presentazione clinica di FRDA può essere spiegata dall’estensione dell’espansione di questo trinucleotide ripetuto, e quindi dall’impedimento più o meno cospicuo che comporta nella sintesi di fratassina.

L’età di esordio della malattia, la sua gravità, la velocità di progressione e l’estensione del coinvolgimento neurologico variano col numero di sequenze ripetitive di GAA. Inoltre, la frequenza delle risposte dell’estensore plantare, della cardiomiopatia, della debolezza e dell’affaticabilità delle gambe, della sclerosi e del piede cavo aumentano con la grandezza dell’espansione di GAA. Le maggiori espansioni di GAA correlano una più precoce età di esordio e tempi più brevi nella perdita della deambulazione.

In un recente studio, condotto da Durr et al., la grande maggioranza dei pazienti con FRDA (94%) era omozigote per il trinucleotide GAA (l’espansione di GAA era presente su ambo gli alleli del gene della fratassina). Il restante 6% era costituito da eterozigoti per l’espansione di GAA ed una mutazione puntiforme della fratassina (un allele aveva un’espansione di GAA e l’altro aveva una mutazione puntiforme senza espansione).

Non sono mai stati descritti pazienti omozigoti per una mutazione puntiforme. Le mutazioni puntiformi non solo riducono i livelli di fratassina, ma sono anche responsabili della formazione di una proteina anormale. Esse rappresentano anche un’altra fonte di variabilità nella presentazione clinica di FRDA.

Diciassette diverse mutazioni puntiformi sono state finora descritte in FRDA. Tra l’1% e il 5% delle mutazioni puntiformi è rappresentato da cambiamenti di una singola base nella sequenza del gene di FRDA tale da provocare mutazioni missense, nonsense o splicing.

I pazienti con mutazioni missense presentano sintomi lievi o gravi, mentre mutazioni di splicing, nonsense e acrico del codone di iniziazione, associate alla sintesi di una fratassina non funzionante, danno luogo ad un fenotipo grave. E’ stato descritto che nei soggetti con mutazione eterozigote composta possono essere prevalenti certe caratteristiche cliniche, come la neuropatia ottica, altrimenti più rare nella FRDA classica, proprio per una minore quota di fratassina residua funzionante, presente in questi pazienti.

Mutazioni puntiformi del gene della fratassina che coinvolgono il terminale aminico tipicamente si manifestano con un decorso più benigno che quelle che coinvolgono il terminale carbossilico. Le tre mutazioni puntiformi più comuni sono la mutazione II54F nell’Italia meridionale, la mutazione ATG>ATT del codon iniziale e la mutazione G130V. I pazienti con quest’ultima mutazione tendono ad avere una più lenta progressione di malattia, riflessi patellari attivi e minima disartria.

Le cellule e i tessuti dell’organismo sono sensibili in modo diverso al deficit di fratassina. Le cellule ad alto metabolismo energetico che normalmente richiedono e producono le maggiori quantità di fratassina e che quindi richiedono una maggiore produzione di energia per via ossidativa aerobia, tendono ad essere le più colpite da FRDA. Per esempio, i neuroni sensitivi presenti nel ganglio delle radici dorsali responsabili della percezione della posizione nello spazio esprimono marcatamente il gene della fratassina e sono colpiti pesantemente in FRDA.

Anche le fibre muscolari miocardiche richiedono quantità di fratassina maggiori in confronto con altri tessuti e sono pesantemente colpite in FRDA.

Da quando nel 1996, l’espansione GAA è stata per la prima volta identificata come la causa delle FRDA, molti studi si sono susseguiti per investigare il ruolo della fratassina ed il meccanismo attraverso il quale le ripetizioni GAA riducono la trascrizione del gene FXN. Ad oggi la precisa funzione fisiologica della fratassina e la patofisiologia di questa malattia non sono stati ancora completamente chiariti.

È stato dimostrato che la fratassina è essenziale per la normale funzione mitocondriale, sia per la fosforilazione ossidativa e quindi per la produzione di energia (ATP), sia per l’omeostasi del ferro. Esiste forte evidenza che il deficit di fratassina dà luogo ad accumulo di ferro nei mitocondri di cellule affette in linee cellulari in coltura. La fratassina umana ha, quindi, un ruolo implicato in numerosi processi cellulari, che vanno dall’apporto del ferro all’assemblaggio degli ISC (complessi proteici contenenti gruppi ferro-zolfo e facenti parte della catena respiratoria mitocondriale), alla biogenesi dell’eme (chaperonina), al deposito del ferro in condizioni di eccesso, fino a quella di controllore per lo stress ossidativo intracellulare, modulando la concentrazione delle specie radicaliche dannose. Secondo un recente studio di Pastore et al., che tenta di delineare più chiaramente il ruolo della fratassina, viene ipotizzata per questa proteina la funzione di “sensore del ferro”, ossia regolatore nella formazione degli ISC, per tarare in maniera sensibile la loro produzione in funzione della concentrazione degli apo-accettori disponibili. Quindi, in caso di ridotta o assente fratassina, ci sarebbe un disaccoppiamento nella produzione di ISC con la disponibilità dei loro accettori finali e, conseguentemente, un eccesso e non un difetto (come è stato sempre finora ipotizzato) di ISC appartenenti alla catena respiratoria mitocondriale. Questi sono specie altamente instabili contenenti gruppi ferro-zolfo, i quali possono facilmente decadere, formando precipitati di ferro insolubile e innescando la reazione di Fenton che porta alla formazione di pericolose specie radicaliche ossidative.

I maggiori effetti che si osservano in cellule mancanti di fratassina sono l’accumulo mitocondriale di ferro, con una conseguente relativa deficienza citosolica di questo metallo. Ciò causa una iper-affinità e iper-attività dei sistemi per l’uptake del ferro, che porta alla formazione di un eccesso di radicali liberi, accompagnato a uno squilibrio nelle difese antiossidanti enzimatiche e a un conseguente aumento della sensibilità allo stress ossidativo. Secondo quanto appena esposto in dettaglio si innesca, quindi, un circolo vizioso che tende a perpetuarsi in senso peggiorativo.

La fratassina è prevalentemente localizzata sulle criste mitocondriali e come proteina libera solubile nella matrice mitocondriale. Recentemente è stata dimostrata una inaspettata localizzazione extra mitocondriale, nel citoplasma.

La fratassina è una proteina ubiquitaria ed indispensabile, soprattutto nelle prime fasi dello sviluppo embrionale.

Diagnosi

La consulenza genetica è disponibile per la diagnosi prenatale per genitori con un figlio affetto. Lo screening di popolazione per i portatori del gene difettoso non è utile. Un test specifico per l’espansione della ripetizione trinucleotidica è commercialmente disponibile e dovrebbe essere effettuato in tutti i casi sospetti di FRDA.

Non esiste alcuna evidenza di anomalie del CSF nei pazienti con FRDA. La risonanza magnetica (MRI) è lo metodica di scelta nella valutazione dei cambiamenti in senso atrofico visti in FRDA. L’MRI cerebrale e midollare nei pazienti con FRDA mostra tipicamente atrofia del midollo spinale cervicale con minima evidenza di atrofia cerebellare. L’ecocardiogramma rivela ipertrofia ventricolare simmetrica, concentrica, anche se alcuni hanno ipertrofia settale asimmetrica. Circa il 65% dei pazienti con FRDA ha reperti anomali all’ECG: i più comuni sono inversione dell’onda T, particolarmente nelle derivazioni standard inferiori e toraciche laterali, ed ipertrofia ventricolare. La velocità di conduzione nervosa (NCV) in FRDA di solito è normale o solo lievemente ridotta.

I potenziali d’azione neurosensoriali (SNAP) sono assenti in più del 90% dei pazienti con FRDA. Il rimanente 10% mostra SNAP di ampiezza ridotta. Le risposte evocate uditive del tronco cerebrale sono tipicamente anormali in FRDA, con assenza evidente di onde di tipo III e IV e conservazione delle onde di tipo I. Questo è suggestivo di coinvolgimento delle vie uditive centrali.

I potenziali evocati visivi sono anormali in due terzi dei pazienti con FRDA. Si registrano latenza assente o ritardata ed ampiezza ridotta dell’onda di p100. I potenziali evocati somatosensoriali (SSEP) rivelano potenziali ritardati e dispersi nella corteccia sensitiva, così come anomala conduzione motoria centrale (Ciliberti E and Galvez-Jimenez N. 2002. Friedreich Ataxia. eMedicine).

Anche i reperti neuropatologici sono specifici per FRDA e rendono differente questo disturbo dalle altre atassie ereditarie. La perdita di grandi neuroni primari nei gangli delle radici dorsali è considerato un reperto precoce. Questo processo è seguito da degenerazione dei cordoni posteriori, dei tratti spinocerebellari,e dei tratti motori corticospinali del midollo spinale e dell’atrofia delle grandi fibre sensitive nei nervi periferici. Il cordone di Clarke è reso atrofico, mentre i motoneuroni delle corna anteriori sono risparmiati. Nel tronco encefalico i nuclei gracile e cuneato, dove terminano i cordoni posteriori del midollo spinale, sono gravemente atrofici, indicando degenerazione transsinaptica. I tratti lunghi, particolarmente le fibre del tratto corticospinale, sono severamente colpiti nelle parti distali, suggerendo una degenerazione retrograda. Le radici in entrata dei nervi cranici sensitivi sono colpite, come lo sono i sistemi uditivo e vestibolare, mentre i nuclei dei nervi cranici sono normali. Nel cervelletto la corteccia è risparmiata fino alle fasi più tardive del decorso della malattia, quando si può osservare perdita di cellule di Purkinje, ma i nuclei dentati sono severamente atrofizzati.

È stata evidenziata anche perdita di cellule piramidali (di Betz) nella corteccia cerebrale, ma in misura minore. Nel sistema nervoso periferico la neuropatia sensitiva assonale è il reperto caratteristico. È stata osservata la perdita maggiore di grosse fibre mieliniche. Questa perdita selettiva si verifica anche nelle cellule gangliari delle radici dorsali. La natura dei cambiamenti nel sistema nervoso periferico non è stata ancora ben compresa. Ricercatori precedenti conclusero che c’è un difetto di maturazione negli specifici neuroni che rimangono ipotrofici e di conseguenza lentamente vanno incontro a morte retrograda. Venne suggerito un difetto nella sintesi e nel mantenimento delle proteine strutturali (Alper G and Narayanan V. 2003. Friedreich’s Ataxia. Pediatr Neurol 28: 335-41).

Diagnosi prenatale

La FRDA è caratterizzata da eredità autosomica recessiva. In famiglie con un figlio affetto il rischio susseguente di un altro figlio affetto è 25%. Come nella maggior parte delle malattie recessive il rischio di sviluppare FRDA è massimo se la nascita consegue all’unione tra consanguinei.

In nord America ed Europa, comunque, i casi sono per lo più sporadici e si manifestano in famiglie di non consanguinei. Il rischio complessivo di un paziente con FRDA di avere un figlio con la stessa condizione è approssimativamente 1 su 200, a meno che vi sia consanguineità. Se quello stesso paziente ha un partner che si scopre essere un portatore di FRDA, allora il rischio diventa di 1 su 2. I figli del fratello non affetto di un paziente con FRDA e di una sposa non consanguinea hanno un rischio di 1:1000 di sviuppare FRDA.

Il test per sapere se si è portatori è disponibile per i parenti di pazienti affetti ed i loro partner. Comunque, anche il piccolo rischio di una mutazione puntiforme deve essere preso in considerazione e registrato in una consulenza genetica. È disponibile anche un test di mutazione diretta per la diagnosi prenatale (Ciliberti E and Galvez-Jimenez N. 2002. Friedreich Ataxia. eMedicine).

Terapia

Qui di seguito vengono descritti i più interessanti tentativi terapeutici nella FRDA e le aspettative che derivano dalle recenti indagini.

ANTIOSSIDANTI E PROMOTORI DELLA CATENA RESPIRATORIA

Lo stress ossidativo sembra giocare un ruolo chiave nella patogenesi di FRDA, tanto nel caso in cui l’accumulo mitocondriale di ferro sia primitivo quanto in quello in cui sia secondario.

In base all’osservazione che le cellule mancanti di fratassina sono più soggette alla formazione di ROS (radicali liberi ossidativi), e quindi maggiormente sensibili al danno ossidativo, si è iniziato a considerare gli antiossidanti come una classe di molecole con una buona potenzialità terapeutica nella FRDA. Tra queste molecole, l’idebenone e il mitochinone (MitoQ) (rispettivamente un analogo e un derivato del coenzima Q10 (CoQ10)), il CoQ10 stesso e la vitamina E sono stati diffusamente testati nella FRDA.

Parabenzochinoni come il CoQ10 e i suoi derivati o analoghi agiscono trasferendo gli elettroni dal complesso I/II al complesso III nella catena respiratoria mitocondriale e sono quindi rapidamente ridotti. È stato dimostrato che l’idebenone riduce gli effetti dannosi dell’accumulo di ferro e protegge il cuore dalle conseguenze negative legate a questo. L’idebenone ha oggi completato gli studi di fase 2 e 3 negli USA ed è previsto per la metà del 2010 il completamento di un largo studio di fase 3 in Europa, volto a confermare l’efficacia di tale molecola ad elevati dosaggi anche sull’aspetto neurologico. L’idebenone, infatti, è già stato approvato anche in Italia in gazzetta ufficiale come farmaco salvavita nella FRDA, con l’esclusiva indicazione del trattamento della miocardiopatia, al dosaggio di 5 mg/Kg/die.

Il CoQ10 e la vitamina E da soli o in combinazione sono stati usati come trattamento in un largo spettro di malattie, che includono le patologie cardiovascolari, il morbo di Parkinson e qualche rara forma di atassia dovuta a difetto specifico della vitamina E o del CoQ10. In uno studio anglosassone in cui è stata usata la combinazione di queste due molecole, con un follow-up a quattro anni, è stato dimostrato attraverso l’impiego della spettroscopia di risonanza magnetica un notevole miglioramento nei markers della bioenergetica mitocondriale del muscolo cardiaco e scheletrico in vivo. Nello stesso studio è stata riscontrata anche una parallela stabilizzazione del grado di compromissione neurologica valutato con la International Cooperative Ataxia Ranking Scale (ICARS), che indica rallentamento nella progressione della malattia.

Inoltre in trials più corti, che hanno utilizzato l’idebenone come molecola terapeutica, sono stati prodotti interessanti risultati nella riduzione dell’ipertrofia cardiaca. Un recente studio spagnolo durato dai tre ai cinque anni conclude che il trattamento con idebenone è in grado di prevenire la progressione della cardiomiopatia sia nei pazienti pediatrici sia in quelli adulti e di stabilizzare la disfunzione neurologica nei pazienti pediatrici. Questi risultati indicano la rilevanza di disegnare trials in cui il trattamento farmacologico sia somministrato il più precocemente possibile.

Il MitoQ, un antiossidante con azione specifica sulla funzionalità mitocondriale, e l’EPI-A001 (Edison Pharmaceuticals, San Jose, CA, USA), un bioisostere del CoQ10, stanno per entrare nella fase della sperimentazione clinica. Per l’EPI-A001, una piccola molecola con lo stato di designazione per le malattie orfane, Penwest Pharmaceuticals ha appena concluso un trial clinico di fase 1 (condotto su soggetti volontari sani), il cui scopo è stato valutare la sicurezza e la tollerabilità a vari dosaggi e raccogliere dati sulla farmacocinetica del composto.

Inoltre sono in fase di studio una serie di molecole che, fra le varie proprietà, presentano anche un’azione antiossidante, offrendo un razionale nell’approccio terapeutico alla FRDA.

L’acido α-lipoico, ad esempio, è un composto che ricopre un ruolo chiave nel metabolismo energetico cellulare della maggior parte degli esseri viventi, a partire dai batteri per arrivare fino all’uomo. E’ inoltre nota le sua spiccata proprietà antiossidante, che in vitro supera grandemente quella di idebenone e vitamina E. Infatti, data la sua particolare struttura molecolare, l’acido α-lipoico può sia andare incontro a reazioni di ossido-riduzione, sia fungere da trasportatore di elettroni, o di gruppi acetilici (o altri acili). Per questo motivo, l’acido α-lipoico agisce da cofattore per numerosi enzimi che partecipano al processo di conversione del glucosio, degli acidi grassi e delle altre fonti energetiche in ATP (come piruvato deidrogenasi o alfa-chetoglutarato deidrogenasi). Tale processo, che avviene a livello dei mitocondri, comprende quel complesso insieme di reazioni biochimiche che costituiscono il “ciclo di Krebs”. La disponibilità di acido α-lipoico a livello cellulare aumenta la percorribilità del ciclo di Krebs e, conseguentemente, anche l’efficienza dell’intero processo. L’acido α-lipoico è in grado di incrementare l’efficienza della molecola di insulina, e può migliorare il trasporto del glucosio all’interno delle cellule, utilizzando vie indipendenti da quelle dell’insulina stessa. Tali proprietà, unitamente ad una migliore efficienza nell’utilizzazione del glucosio attraverso i fisiologici processi metabolici, contribuiscono alla normalizzazione del livello di glucosio nel sangue. In tal modo, la probabilità che si formino alcuni pericolosi composti di carattere radicalico, i cosiddetti AGEs (“Advanced Glycation End-products”) risulta sensibilmente ridotta. Secondo recenti ricerche in modelli sperimentali di neurodegenerazione indotta dall’azione neurotossica di chemioterapici, come il cisplatino, all’azione antiossidante dell’acido α-lipoico, già ben documentata, si aggiungerebbe quella di stimolatore della sintesi di fratassina, il cui effetto finale sarebbe un potenziamento della neuroprotezione, mediante la difesa dai ROS e la mediazione della funzione mitocondriale.

L’α-tocoferolo è, tra le forme naturali di vitamina E, il più comune e quello a maggior attività biologica. Per la sua liposolubilità viene immagazzinato prevalentemente nel tessuto adiposo, nel fegato e nei muscoli. Una delle principali funzioni della vitamina E é quella di proteggere gli acidi grassi polinsaturi delle membrane cellulari, e le lipoproteine a bassa densità dalla perossidazione dovuta all’attacco dei ROS. Con il termine vitamina E si fa genericamente riferimento ad una famiglia di potenti antiossidanti liposolubili, distinguibili in due gruppi: tocoferoli e tocotrienoli, che vengono sintetizzati in vivo, probabilmente attraverso l’unione di un nucleo aromatico e di una catena isoprenoide. Di ciascun gruppo ne esistono 4 tipi (α, ß, γ, δ) che si differenziano per il numero di metili presenti sull’anello aromatico. L’isomero α-tocoferolo, con il quale si identifica in genere la Vitamina E, presenta la maggiore attività biologica.

La vitamina E agisce come antiossidante “chain breaker”, cioè prevenendo la propagazione delle reazioni radicaliche. Tra le sue principali attività, sono rilevanti quella antiaterosclerotica ed anticancro, che in parte dipendono dalla sua azione antiossidante (nei confronti delle LDL e del DNA) ed in parte da altri meccanismi, come l’induzione dell’apoptosi o la modulazione della risposta immunitaria.

L’integrazione alimentare con i tocotrienoli, sia come strategia preventiva, sia come supporto delle terapie tradizionali, è stata descritta di assoluto interesse per il mantenimento del buono stato di salute, per la prevenzione ed il trattamento di patologie relative al sistema cardio e cerebro vascolare (ad esempio nell’ictus) e come antitumorale. Recenti indagini consentono di allargare gli ambiti clinici, arrivando a intravedere possibili applicazioni anche in patologie importanti attualmente orfane di terapie, come la FRDA.

Tocoferoli e tocotrienoli sono essenziali per la funzione neurologica ed alcuni studi evidenziano che i tocotrienoli possiedono proprietà neuroprotettive maggiori rispetto ai più studiati tocoferoli. Recenti risultati di studi in vitro hanno attestato la potenzialità neuroprotettiva dei tocotrienoli.

CHELANTI DEL FERRO

Un altro approccio terapeutico interessante e promettente è quello di ridurre gli accumuli mitocondriali di ferro e, quindi, prevenire i loro potenziali effetti dannosi. In alcune malattie sistemiche che comportano un accumulo di ferro, per esempio l’emocromatosi, l’uso di chelanti del ferro, come la deferoxamina o il deferiprone, ha avuto e ha tuttora una grandissima valenza./p>

Di converso, il possibile ruolo della chelazione del ferro nel trattamento della FRDA e di altre patologie neurologiche è ancora largamente discusso. Studi di MRI nella FRDA hanno mostrato che il ferro si accumula tipicamente nel cuore, nel nucleo dentato del cervelletto e nel midollo spinale, mentre i livelli plasmatici di ferro, ferritina, eme si mantengono generalmente nei limiti della norma. D’altra parte, i pazienti con FRDA mostrano un marcato difetto nella biogenesi degli ISC e, pertanto, potrebbe essere inappropriato ridurre ulteriormente la disponibilità di ferro.

Attualmente la ricerca è finalizzata a designare una molecola attiva per via orale e permeabile alle membrane, in grado di raggiungere specifiche aree del cervello e chelare localmente il ferro dai mitocondri, senza ridurre la biodisponibilità di eme essenziale. Da un promettente studio preliminare francese, che ha impiegato il deferiprone come chelante del ferro in un gruppo selezionato di pazienti FRDA di giovane età, si è notata la capacità di questa molecola di ridurre selettivamente, in otto dei 13 pazienti arruolati, i depositi di ferro a livello del nucleo dentato, dopo soli due mesi di trattamento. Tuttavia, il variegato aspetto delle reazioni avverse osservate in quattro pazienti, ha imposto una stretta e costante sorveglianza dei parametri ematologici e biochimici.

Sono state prodotte interessanti evidenze del fatto che il deferiprone si comporti come un sideroforo in grado di chelare il labile ferro sia citosolico che mitocondriale e di ridistribuirlo tra i compartimenti cellulari in differenti popolazioni di cellule, inclusi i precursori eritroidi, per essere usato in altre vie metaboliche, come ad esempio la biosintesi dell’eme.

Ciò nonostante, in altri lavori si pone l’accento sul ruolo potenzialmente tossico del deferiprone come inibitore di altri importanti enzimi cellulari come l’aconitasi, soprattutto quando viene usato per prolungati periodi di tempo ed a concentrazioni elevate. È comunque interessante riportare che, sebbene a livelli di tossicità sperimentali, l’inibizione dell’aconitasi, ottenuta con l’incubazione overnight con un eccesso di deferiprone, è reversibile dopo una breve incubazione in un medium libero.

In ogni caso, il deferiprone, come ogni altro chelante clinicamente rilevante, deve essere somministrato a dosi adeguate, per evitare un eccesso di chelazione, che può inficiare il normale metabolismo cellulare del ferro, inducendo, quindi, uno stato di anemia da carenza di ferro e le conseguenti complicanze patologiche sull’organismo. Questa cautela va applicata non solo al dosaggio del farmaco, ma anche alla durata del trattamento, come suggerito dai dati di farmacocinetica.

In conclusione, i livelli di fratassina sono molto sensibili alla manipolazione del ferro. La chelazione del ferro mitocondriale potrebbe essere di beneficio in uno stadio precoce della malattia, ma è necessario un monitoraggio attento del ferro intracellulare tra i differenti compartimenti, per evitare effetti indesiderati anche di notevole gravità.

MOLECOLE IN GRADO DI SOVVERTIRE IL SILENZIAMENTO GENICO E RIPRISTINARE LA SINTESI DI FRATASSINA

Tra le varie prospettive terapeutiche che si stanno investigando, quella che prevede l’impiego di sostanze in grado di sovvertire il silenziamento genico e di ripristinare la sintesi di fratassina è la più promettente, in quanto il suo obiettivo non è solo quello di rallentare o bloccare il progredire della malattia, ma, agendo a livello genico, rendere reversibile entro certi limiti il processo di neurodegenerazione.

Da tempo sono note molecole in grado di incrementare la sintesi in vitro della fratassina, come l’acido 3-nitropropionico, il butirrato di sodio, l’emina o il chemioterapico cisplatino, il cui impiego terapeutico nella FRDA è stato da subito abbandonato per l’alta tossicità intrinseca. Recentemente sono cresciuti l’interesse e lo studio di molecole utilizzabili in clinica che possano avere lo stesso effetto, quale l’eritropoietina ricombinante umana (Rhu-EPO).

Per molti anni si è ritenuto che l’eritropoietina fosse prodotta esclusivamente nel rene, per interagire soltanto con i recettori per l’eritropoietina presenti nel midollo osseo. Ora è stato chiarito che i recettori per l’eritropoietina si trovano anche in altri tessuti, incluso il sistema nervoso. È da evidenziarsi, inoltre, che la rhu-EPO attraversa la barriera ematoencefalica ed ha anche dimostrato di avere proprietà cardioprotettive e neuroprotettive. Si è scoperto che la rhu-EPO aumenta l’espressione della fratassina nei linfociti di pazienti con FRDA, in colture primarie di cardiomiociti umani, in fibroblasti del cuore ed in cellule simili ai neuroni P19. Recente è la scoperta, fatta su linee cellulari di fibroblasti di pazienti FRDA e di soggetti sani, che il quantitativo di fratassina è aumentato dalla rhu-EPO, mentre il m-RNA della fratassina stessa non mostra alcuna variazione. Ciò suggerisce una regolazione post-trascrizionale della fratassina ad opera della rhu-EPO. Al momento, il trattamento della FRDA con rhu-EPO rappresenta una incoraggiante via da testare; sono già disponibili risultati incoraggianti di un piccolo trial clinico condotto in aperto su dodici pazienti in Austria. In questo trial clinico pilota, si è osservata una riduzione nei markers dello stress ossidativo, come la 8-idrossideossiguanosina urinaria ed i perossidi sierici dopo la somministrazione di 5000 IU rhu-EPO per otto settimane, tre volte alla settimana. L’aumento medio di fratassina osservato in questo trial era del 27%, con un range di alta variabilità: dal 15% al 63%. Nonostante la disponibilità in commercio della rhu-EPO come farmaco con dimostrata sicurezza, questi risultati preliminari devono essere valutati con cautela, in quanto dovranno essere condotti trials più lunghi e con un numero più elevato di pazienti per verificare la presenza di significativi endpoints. Se i nuovi studi confermeranno l’efficacia della rhu-EPO come trattamento della FRDA si dovrà considerare una formulazione carbamilata, in cui una opportuna modificazione chimica della molecola permette di annullare l’effetto stimolante dell’eritropoiesi sul midollo osseo (che nella FRDA rappresenterebbe un effetto collaterale), mantenendo inalterata la proprietà neuroprotettiva e stimolante la sintesi della fratassina.

Gli agonisti dei recettori PPAR-γ, come il rosiglitazone e il pioglitazone, sono comunemente usati come ipoglicemizzanti orali nel trattamento del diabete mellito tipo II, ma rappresentano anche una strategia terapeutica promettente per altre malattie, inclusi i disordini neurodegenerativi con una componente infiammatoria, come la malattia di Alzheimer, il morbo di Parkinson, la sclerosi multipla e la sclerosi laterale amiotrofica.

È stato studiato l’effetto di un agonista sintetico PPAR-γ, il fattore attivante piastrinico APAF, sull’espressione del gene FXN. Dati recentemente pubblicati dimostrano per la prima volta che l’APAF è capace di aumentare in fibroblasti primari, sia di controlli sani sia di pazienti FRDA, l’espressione dell’m-RNA per la fratassina, e quindi il quantitativo della proteina stessa, di circa due volte.

Gli agonisti PPAR-γ, attraverso una via intracellulare mediata dal coattivatore alfa per i PPAR-γ (PGC1α) che funge da cofattore, sono noti per essere in grado di indurre la biogenesi mitocondriale, stimolando la sintesi di diverse proteine mitocondriali. L’aumento di fratassina che è stato descritto può essere interpretato come parte di questo effetto generale. L’importanza di questa scoperta risiede nel fatto che questa molecola è attiva anche in cellule con l’espansione GAA-TTC, che hanno quindi una trascrizione difettosa del gene FXN. Questi dati dimostrerebbero quindi che questo difetto strutturale può essere parzialmente superato con tale strategia.

Ulteriori studi sono necessari per capire il preciso meccanismo coinvolto in questa de-repressione e per estendere le osservazioni sugli agonisti PPAR-γ correntemente usati nella pratica clinica, le cui accessibilità, sicurezza e tollerabilità sono già state bene dimostrate e che, quindi, potrebbero essere un trattamento per la FRDA rapidamente disponibile.

La prospettiva terapeutica che prevede l’impiego degli HDACi è sicuramente quella in cui risiedono maggiori ambizioni da parte del mondo scientifico e speranze da parte dei pazienti FRDA.

Il genoma umano codifica per almeno 17 differenti enzimi istonici, che modulano i livelli di acetilazione degli istoni (proteine assemblate con il DNA per formare i cromosomi) e di proteine non istoniche, come pure di altri componenti cellulari (ad esempio proteine microtubulari e componenti dell’apparato regolatorio del ciclo cellulare). E’ noto che l’alterata regolazione sia dell’istone acetiltranferasi sia dell’istone deacetilasi è connessa con il processo di cancerogenesi, e con altre malattie neurologiche, compresi i disordini da espansione delle poliglutamine, la sindrome dell’X fragile e la distrofia miotonica, nelle quali i tratti espansi conducono al silenziamento genico.

Attualmente sono disponibili diverse molecole in grado di inibire gli enzimi HDAC (gli HDACi). Queste molecole svolgono la loro funzione sia in vitro sia in vivo. Gli HDACi possono trasformare la eterocromatina silente in eucromatina attiva e, pertanto, ripristinare la normale funzione dei geni che sono silenziati in queste malattie.

Lo studio del 2006 di Herman et al., in cui è stata ottenuta la derepressione del gene FXN in cellule linfoblastoidi da pazienti FRDA, attraverso l’uso di una nuova classe di HDACi, ha aperto la strada ad un approccio innovativo nel trattamento della FRDA. Le ripetizioni GAA generano un impacchettamento del DNA, con la seguente formazione di eterocromatina. Dal momento che è provato che nella FRDA avviene la formazione di eterocromatina, la quale impedisce l’accesso ai fattori della trascrizione per il gene FXN, con conseguente silenziamento genico, questa classe di molecole è da considerarsi una potenziale e molto promettente via terapeutica per la FRDA. Recentemente, gli effetti di un altro composto appartenente alla classe degli HDACi sono stati testati nel modello murino KIKI. Questa molecola si è dimostrata in grado di aumentare l’acetilazione istonica nel cervello dei topi, ma l’effetto è completamente scomparso dopo una settimana di trattamento. Nessuna tossicità apparente è stata associata alla somministrazione della terapia. Il trattamento con questo composto, inoltre, si è dimostrato in grado di correggere la deficienza di fratassina nei topi KIKI, sia a livello trascrizionale che post-trascrizionale. Non è stato osservato alcun effetto negli animali “wild type”, indicando in tal modo che l’effetto di questo composto è dovuto alla rimozione dell’inibizione dovuta all’espansione GAA.

L’analisi su microarray ad alta densità del cervello, del cervelletto e del cuore dei topi KIKI, in seguito al trattamento con il composto HDACi, ha mostrato un innalzamento dell’espressione del gene FXN fino a livelli pressoché pari a quelli dei soggetti di controllo.

Attualmente, la precisa azione di questi inibitori non è stata ancora del tutto definita è non è stata documentata in modo soddisfacente la loro sicurezza e mancanza di tossicità. Questo approccio innovativo rimane, tuttavia, una delle più interessanti opzioni entro breve termine per il trattamento della FRDA e per le altre condizioni in cui vi è un silenziamento genico indotto da una abnorme eterocromatizzazione. Gli HDACi sono nella fase dei test preclinici e si sta lavorando alacremente per ridurre al minimo i tempi necessari alla sperimentazione clinica, che dovrebbe iniziare entro il 2010.

A questo approccio terapeutico è strettamente connesso quello che prevede l’uso di poliamidi, ossia di piccole molecole in grado di interagire con la struttura a doppia elica del DNA stabilizzandola ed evitando il ripiegamento dei tratti contenenti le sequenze ripetute GAA nella conformazione inusuale non-B a tripla elica (“sticky DNA”). Ciò favorirebbe il processo di trascrizione, collaborando con l’azione degli HDACi nel consentire di ripristinare l’espressione del gene FXN.

TERAPIA SOSTITUTIVA CON PROTEINA RICOMBINANTE, TERAPIA GENICA, UTILIZZO DI CELLULE STAMINALI

Proteine di fusione contenenti il transattivatore della trascrizione TAT (un piccolo peptide derivato dal virus dell’immunodeficienza umana, in grado di trasportare efficacemente le proteine attraverso le membrane cellulari ed intracellulari) ed una sequenza targeting mitocondriale sono in grado di traslocare attraverso la membrana mitocondriale, di venire processate e permanere nei mitocondri. Recentemente sono stati fatti progressi sul trasporto di fratassina esogena legata al TAT nei mitocondri, dimostrando che questa è correttamente processata in fibroblasti FRDA in coltura.

Altri approcci terapeutici con prospettiva temporale meno immediata prevedono l’utilizzo di cellule staminali embrionali o adulte, il cui effetto positivo non deriverebbe soltanto dal ripristino delle cellule danneggiate dal processo patologico, ma anche dal microclima ricco di fattori trofici e stimolanti la crescita, che si verrebbe a generare nella sede di impianto. È stato proposto, inoltre, come valida prospettiva terapeutica, l’impiego di cellule staminali autologhe, prelevate da pazienti FRDA, e modificate in vitro con l’inserzione del gene FXN funzionante in cromosoma batterico modificato.

Da ultima, va annoverata la terapia genica attraverso il vettore virale HSV1, ancora allo stadio di ricerca preclinica, ma che rappresenta il trattamento risolutivo per la FRDA, così come per tutte le malattie in cui l’alterazione si riscontra a livello di un gene.