Fibrosi cistica

fibrosi cistica

I meccanismi molecolari della fibrosi cistica

La fibrosi cistica è una delle malattie genetiche letali più comuni nella popolazione caucasica; viene trasmessa con modalità autosomica recessiva ed è causata da mutazioni nel gene CFTR, dalle quali dipende la produzione della corrispettiva forma alterata della proteina canale transmembrana del cloro. I pazienti affetti da fibrosi cistica in Europa e nell’America settentrionale sono più di 70.000; in Italia viene diagnosticata in un neonato ogni 2.700, e si stima che i portatori sani siano circa 2 milioni e mezzo. La fibrosi cistica si presenta come una malattia sistemica che ha effetti sulle ghiandole esocrine di polmoni, fegato, pancreas, e intestino, causando malattie croniche dell’apparato respiratorio, insufficienza pancreatica esocrina, disturbi dell’apparato gastro-intestinale. Sebbene l’aspettativa di vita dei pazienti affetti da fibrosi cistica sia aumentata negli ultimi decenni, la morte, causata da insufficienza respiratoria, sopraggiunge mediamente intorno ai 37 anni di età con sopravvivenza massima poco sopra i 50 anni.

Meccanismo

Il locus della mutazione nel gene CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator gene) è stato localizzato nel 1989 sul braccio lungo del cromosoma 7; il gene è costituito da 250 kb di DNA genomico, contiene 27 esoni e produce un mRNA di 6,5 kb. Sequenziando il DNA di persone affette sono state individuati più di 750 alleli patogeni e più di mille diverse mutazioni. Il gene CFTR codifica una proteina costituita da 1.480 amminoacidi, localizzata nella membrana apicale delle cellule degli epiteli. La proteina CFTR è un canale transmembrana del cloro, attivato dalla proteina chinasi A mediante AMP ciclico, con la funzione di regolare gli scambi elettrolitici tra l’interno e l’esterno delle cellule di molte ghiandole dell’organismo. La sua alterazione causa anomalie del trasporto di ioni cloro attraverso le membrane cellulari e, in generale, della produzione delle secrezioni esocrine dell’organismo, che risultano dense e viscose, causando un danno progressivo degli organi coinvolti. Si ritiene che il più grave effetto dovuto all’accumulo di muco sia la creazione di un microambiente favorevole alle infezioni polmonari croniche da parte di batteri come Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa, che sono la causa di morte più frequente per i pazienti affetti da fibrosi cistica.

Tipi di mutazioni

Nella popolazione caucasica la mutazione più frequente del gene CTFR consiste nella delezione dell’amminoacido fenilalanina, presente nella posizione 508 della proteina normale. Questa mutazione è chiamata ΔF508 ed è responsabile della maggior parte dei casi di fibrosi cistica; a seconda della regione geografica, circa il 50÷70% degli individui affetti sono omozigoti. La mutazione (ΔF508 è molto antica e probabilmente si è diffusa nelle popolazioni europee grazie alla selezione a favore dell’eterozigote; poiché il gene della fibrosi cistica codifica un canale di membrana per il cloro, la cui presenza è necessaria affinchè la Salmonella typhi entri nelle cellule epiteliali, gli eterozigoti potrebbero essere relativamente resistenti alla febbre tifoide.

Finora sono state identificate più di un migliaio di altre mutazioni nel gene CFTR, la cui frequenza relativa è molto variabile in relazione all’area geografica. Le mutazioni nel gene CFTR sono catalogate in cinque classi, in base al meccanismo con cui alterano la funzione della proteina. Le mutazioni di classe I portano alla interruzione prematura della trascrizione, che ha come risultato un trascritto CFTR troncato e instabile, oppure un’espressione del tutto assente di CFTR. Le mutazioni missense (classe II) danno origine a un codone che specifica un amminoacido diverso da quello originario, o deleto, come nella mutazione (ΔF508. Queste mutazioni causano un avvolgimento errato della proteina che porta al trattenimento della proteina stessa nel reticolo endoplasmatico, e alla sua prematura degradazione. Le mutazioni di classe III e IV sono meno gravi e hanno come risultato la ridotta capacità di CFTR di secernere o di condurre gli ioni cloro, mentre le mutazioni di classe V causano uno splicing anomalo, che riduce la quantità di proteina funzionale prodotta.

La proteina CFTR

CFTR è un membro della superfamiglia di proteine del trasporto ABC (ATP-Binding Cassette). Queste proteine sono regolate dall’AMP ciclico, e hanno in comune la funzione di trasporto di soluti, dagli ioni organici ai carboidrati, attraverso la membrana cellulare. Le mutazioni nei geni ABC sono associate a molte malattie genetiche, tra cui la sindrome di Dubin-Johnson e la degenerazione della macula. Strutturalmente la proteina CFTR è un canale ionico formato da quattro domini disposti in due metà simmetriche, ciascuna comprendente un dominio transmembrana (MSD1 e MSD2) composto di sei segmenti, e un dominio NBD (Nucleotide Binding Domain) citoplasmatico, con proprietà di idrolisi dell’ATP. Le due metà della proteina sono collegate da un dominio regolativo che, in accordo con i domini NBD, modula l’apertura del canale del cloro. Quando l’ATP è legato ai due domini NBD, il canale è aperto. L’idrolisi di una delle due molecole di ATP distrugge l’interazione NBD1-NBD2 e chiude il canale del cloro, interrompendo il flusso degli ioni. La proteina CFTR, dopo la sintesi, viene sottoposta a un processo di maturazione post-traduzionale che avviene nel reticolo endoplasmatico e richiede la partecipazione di un complesso di proteine chaperon, tra cui Hsp90, che controllano il corretto avvolgimento della proteina ed, eventualmente, come nel caso della mutazione ΔF508, la indirizzano verso un pathway degradativo.