LE CILIOPATIELicia Peruzzi

Nefrologia Dialisi TrapiantoOspedale Infantile Regina Margherita Torino

CHE COSCHE COS’’HANNO IN COMUNE QUESTE HANNO IN COMUNE QUESTE MALATTIE?MALATTIE?

DAL DM 279/2001DAL DM 279/2001S. Kallman RC0020Amaurosi di Leber RFG110Atrofia ottica di Leber RF0300S. di Joubert RN0040S di Caroli RN0220Fegato policistico RN0230S di Kartagener RN0950S di Meckel Gruber RN0980S di Smitz Lemli Opitz RN1200S Branchio Oto Renale RN1140S di Alstrom RN1370S di Bardet Biedl RN1380Fibrosi epatica congenita RP0070S di Cogan RF0270Ellis van Creveld RNG060

Malattie rare

Coinvolgimento diOCCHIOOSSAFEGATORENENASOCUORE

Rene policistico dominanteRene policistico recessivoNefronoftisiMalattia glomerulare cistica

Malattie rare “escluse”

Cisti renali

MECCANISMO PATOGENETICO COMUNE

Mutazioni di geni codificanti per proteine espresse nel ciglio primario o nel centrosoma

Alterazione dei normali meccanismi di:

differenziazione delle cellule epiteliali

orientamento spaziale durante il differenziamento

CILIOPATIE

STRUTTURA DEL CIGLIO

STRUTTURA DEL CIGLIO

MOBILE

NON-MOBILE

4 TIPI DI CIGLIA

Ciglio primario: meccanosensori, fotorecettori, sensori olfattivi

IL CIGLIO MEDIA MOLTEPLICI FUNZIONI

Le ciglia mediano l’orientamento spaziale destra-sinistra nell’embrione attraverso espressione asimmetrica di geni e flussi asimmetrici

L’assonema è ancorato al corpo basale, un centro di organizzazione dei microtubuli derivato dal più vecchio dei due centrioli

Nel ciglio avviene trasporto di molecole attraverso sistema specifico di trasporto intraflagellare (IFT)

Il ciglio è una struttura molto conservata filogeneticamentecon frequente funzione di SENSORE:

Meccanosensore

Fotorecettore

Recettore olfattivo

Recettore uditivo

CILIOPATIE: inabilità a sentire stimolo esterno o a processarlo

CILIA DELLE CELLULE EPITELIALI TUBULARI RENALI SONO ANALOGHE A QUELLE DEI FOTORECETTORI RETINICI

Il ciglio è una struttura molto conservata filogeneticamente

MODELLI DI TRASDUZIONE DEI SEGNALI DAL CIGLIO

Signalling via recettori

Signalling via Wnt

Signalling via Hh

IL FLUSSO URINARIO DETERMINA UNA CASCATA DI SEGNALI CON ATTIVAZIONE DI INVERSINA(NPHP2) E DELLA VIA Wnt NON CANONICA

ANOMALIA NELLA REGOLAZIONE DELLA CASCATA DEL SEGNALE Wnt

ANOMALO ORIENTAMENTO DEL FUSO

ANOMALA POLARIZZAZIONE CELL EPITELIALI

• Le cisti sono presenti in molte malattie diverse ereditarie o acquisite

• Frequentemente associate ad altre anomalie• Possono essere limitate al rene o sistemiche• Possono comparire a tutte le età• Il danno renale può essere variabile• Ereditarietà: AD, AR, XL

Rapida accelerazione delle conoscenze biochimiche, molecolari e modelli animali

MALATTIE CISTICHE: DERIVANTI DA DIFETTI DI PROTEINE DEL CIGLIO/CENTROSOMA

….molte di queste malattie hanno cisti

COME AVVIENE LA FORMAZIONE DELLE CISTI ?

ANOMALO ORIENTAMENTO DEL FUSO MITOTICO DETERMINA ALLARGAMENTO DEL TUBULO E FORMAZIONE DI CISTI

SEGNALI INDOTTI DAL FLUSSO TUBULARE MEDIATI DAL CAL CIO

Quando il ciglio si piega determina un influsso transitorio di Ca++ attraverso PC-1-PC-2 che stimola il rilascio di Ca++ dai depositi intracellulari. Questa onda viene propagata alle cellule adiacenti attraverso le gap junction.

Alterazione di questo meccanismo influisce sui meccanismi di proliferazione e apoptosi e da’ inizio alla cistogenesi

Accumulo di cAMP e upregolazione del recettore V2 inducono stimolo alla proliferazione cell

NEFROCISTINE E ALTRE CISTOPROTEINE SONO LOCALIZZATE IN DIVERSI COMPARTI SUBCELLULARI

ADPKD e ARPKDADPKD: 2 loci genici PKD1 e PKD2ARPKD: 1 locus singolo PKHD1

fino ad ora sono state considerate malattie diverse per ereditarietà, presentazione clinica e aspetto renale e sono stati ipotizzati meccanismi patogenetici diversi

• ARPKD: cisti originanti dal dotto collettore• ADPKD: cisti originanti da tutti i segmenti del

tubulo, ma prevalentemente dal dotto collettore

ADPKD :POLICISTINA 1 e 2ARPKD : FIBROCISTINA (poliductina)

POLICISTINA 1 e 2 : glicoproteine di membrana espresse non solo dalle cellule epiteliali ma anche cell muscolari lisce, cardiomiociti etc

• PC-1: proteina di transmembrana con grande domain extracellulare e piccola coda intracitoplasmatica che interaisce con G-proteins e citoscheletro. Localizzata sul ciglio o nelle giunzioni a seconda dello stadio maturativo della cellula epiteliale tubulare

• PC-2: sia C che N terminale intracitoplasmatico. Regione transmembrana omologa a PC-1: è un canale cationico altamente permeabile al Ca++. Si localizza sia sul ciglio che nel reticoloendoplasmatico

FIBROCISTINA : localizzata sul ciglio, ma anche nel corpo basale e sulla membrana. Isoforma senza tratto transmembrana è secreta.Ruolo importante per la differnziazione del dotto collettore e dei dotti

biliari intraepaticiVarianti di splicing possono determinare quadri clinici diversi

Poliductina (fibrocistina)

• E’ stata difficile da studiare per le numerosissime varianti

• E’ una proteina di membrana che va incontro a numerosi processi proteolitici che producono proteine più piccole

• Si stacca dalla membrana e può legarsi ad altri recettori. Il tratto intracitoplasmatico entra nel nucleo e ha funzioni di regolazione di trascrizione genica

• Il frammento libero potrebbe avere funzione paracrina sulle cellule tubulari sottostanti

IPOTESI: la proteina rilasciata serve a mantenere l’orientamento planare rispetto all’asse longitudinale del tubulo

MALATTIA RENALE POLICISTICA• FORMA DOMINANTE trasmissione autosomica dominanteIncidenza 1/1000; possibile diagnosi prenatalePKD1 (cromosoma 16) policistina-1 (PC1) >85% dei pz: esordio più precoce e decorso più gravePKD2 (cromosoma 4) policistina-2 (PC2); PKD3 non identificato

Sintomi: iniziano per lo più in età ADULTA; ma ecografia diagnostica nel 30% <10aa

( volume rene; ematuria, dolore addominale, PA precoce; microalbuminuria)

Decorso verso l’ins renale cronica nel 50% dall’età di 60aa

• FORMA RECESSIVA trasmissione autosomica recessivaincidenza 1/20.000 nati; diagnosi prenatale (14^sett), ma le alt renali compaiono dal

3°trimestrePKHD1 braccio corto cromosoma 6 fibrocistina

Sintomi: variabili, legati all’età d’esordio ed alla variabilità dell’espressione delle mutazioni dello stesse gene

4 forme cliniche (fetale, perinatale, infantile, giovanile)Decorso verso l’ins renale cronica (50% entro i 20 aa) o verso l’insufficienza epatica

cisti originano nella vita fetale dal tubulo prossimale e a termine sono localizzate nel t. collettore

cisti originano in ogni segmento del tubulo

Aneurismi cerebrali (40%) dilatazione aorta o prolasso mitrale (25%), ernie inguinali, cisti epatiche (30%)

• la più frequente malattia cistica renale ereditaria a manifestazione infantile • mutazione PKHD1: anomalia delle fasi terminali della differenziazione dei dotti collettori renali e del sistema biliare

• RENE: dilatazione non ostruttiva dei dotti collettori renali evoluzione verso l’insufficienza renale terminale

• FEGATO: disgenesia dei dotti biliari, fibrosi epatica può condurre all’insufficienza epatica

MALATTIA RENALE POLICISTICA RECESSIVA

Difetto comune a rene e fegato

Danno renale proporzionale alla percentuale di dott i collettori dilatati ed al livello di fibrosi inters tiziale

Forme fetali: 90% tubuli. Diagnosi ecografica prenatale: reni enormemente ingranditi iperecogeni, no cisti Displasia polmonare da oligoidramnios (riduz urina fetale) e compressione masse renali sul polmone in via di sviluppo. >50% mortalità per insufficienza respiratoria.

Forme perinatali 60% tubuli. Reni aumentati di volume. Mortalità meno elevata (<50%) per problemi polmonari. Insufficienza renale terminale molto precoce (entro 1 anno).Minimo difetto epatico.

Forme infantili: 25% dei tubuli. Diagnosi a 3-6 mesi. Reni ingranditi, epatosplenomegalia. Ipertensione arteriosa (85% entro 1°a. di vita)Ematuria, proteinuria e IVUIRC terminale: 11% entro i 2 anni di vita

36% entro i 5 anni di vita100% entro i 20 anni di vita

Forme giovanili: 10% dei tubuli, Interessamento epatico severo, spesso epatosplenomegalia, fibrosi epatica ipertensione portale

MALATTIA RENALE POLICISTICA RECESSIVACLASSIFICAZIONE - DECORSO - PROGNOSI

•Interessamento epatico sempre presente, fibrosi epatica congenita

•Compare in età variabile, in genere tra 5 e 13 anni, precoce e severo nei quadri nefrologici lievi, tardivo nei quadri nefrologici gravi

•Ipertensione portale: varici esofagee, splenomegalia, ipersplenismo(piastrinopenia, leucopenia ed anemia)Da pressione sulla vena porta da dotti malformati e fibrosi periportaleDa riduzione anomala di venule portaliDa infiltrato infiammatorio del tratto portale secondario ad eventuale colangiopatia

•Colangite ascendente (dolore addominale, movimento enzimi) nelle forme con dilatazione macroscopica dei dotti biliari tipo malattia di Caroli (6-12%) per risalita materiale gastrointestinale non sterile nei dotti biliari intraepatici

MALATTIA RENALE POLICISTICA RECESSIVAQUADRO CLINICO EPATICO

NEFRONOFTISI

Coinvolgimento retinicoAplasia verme cerebellareFibrosi epaticaAnomalie scheletricheSitus inversusAltre anomalie sindromiche: s Alstrom, Ellis Van Creveld, Jeune

NEFROCISTINE• NPHP1: Nefrocistina 1: localizzata nella giunzione aderente e nelle

adesioni foacli delle cellule tubulari renali. Coinvolta nella comunicazione cell-membrana basale

• NPHP2: Nefrocistina 2/inversina: localizzata nel ciglio primario: implicata nel meccanismo di signalling della polarità planare

• NPHP3: Nefrocistina 3: ?• NPHP4: Nefrocistina4: in complesso con proteine coinvolte nell’adesione

e organizzazione del citoscheletro. Localizzata nel ciglio primario , corpo basale, citoscheletro e centrosoma.

• NPHP5: Nefrocistina 5: colocalizza con la proteina retinite pigmentosaGTPase regulator nel ciglio di connessione dei fotorecettori e nel ciglio primario delle cellule epiteliali tubulari

• NPHP6: Nefrocistina 6: espressa nel centrosoma e nel fuso mitotico. Mutazione estesa determina retinite pigmentosa e aplasia cerebellare

• AHI1: coinvolta nella sindrome di Joubert

• rappresenta la più frequente causa genetica di insufficienza renale terminale (IRT) nei primi 30 anni di vita

• incidenza: 1/50mila nati vivi

• trasmessa in maniera autosomica recessiva

• 6 geni NPHP1 (crom 2), NPHP2 (crom 9), NPHP3 (crom 3),

NPHP4 (crom 1), NHPH5 (crom 3), NHPH6 (crom 12)

• 3 forme cliniche:

NEFRONOFTISI

• Infantile (NPHP2/inversina)

• Giovanile (NPHP1, NPHP3, NPHP4, NPHP5)

•Adolescenziale

IRT ad un’età media di 1 anno

IRT ad un’età media di 13 anni

IRT ad un’età media di 19 anni

• Se non si sviluppa IRT entro l’età di 25 aa ipotesi di Malattia Cistica Midollare Renale

NEFRONOFTISI – CLINICA

Sintomi di esordio (presenti >80% dei casi)

Iniziano approssimativamente > 6 anni

• poliuria

• polidipsia

• ridotta concentrazione delle urine

• enuresi secondaria

Successivamente

• anemia

• ritardo di crescita

A causa dei modesti sintomi e la mancanza di edema, ipertensione o IVU, c’è spesso un ritardo nella diagnosi

ECOGRAFIA RENALE E DIAGNOSI DIFFERENZIALE

NEFRONOFTISI

•reni di normali o lievemente ridotte dimensioni

•iperecogenicità (spesso segno ecografico iniziale)

• perdita della differenziazione cortico-midollare

• presenza di cisti nella giunzione corticomidollare (1-15mm) (spesso segno tardivo)

RENI POLICISTICI

• reni di aumentate dimensioni

• iperecogenicità

• perdita della differenziazione cortico-midollare

• le cisti si propagano anche al di fuori delle dimensioni renali

ANATOMIA PATOLOGICA

Macroscopicamente, cisti nella giunzione cortico-midollare di reni di normali dimensioni

Microscopicamente

• cisti tubulari (e glomerulari)

• distruzione della MB tubulare

• infiltrati cellulari tubulo-interstiziali con fibrosi interstiziale e periglomerulare

NEFRONOFTISI RENI POLICISTICI

reni di aumentate dimensioni con cisti che si propagano al di fuori delle dimensioni del rene

Microscopia• Dilatazione fusiforme non ostruttiva dei tubuli e dotti collettori•Numero di glomeruli normale, ma densità ridotta perché separati dai dotti collettori dilatati

NEFRONOFTISI

LESIONI EXTRARENALI ASSOCIATE ALLA NEFRONOFTISI

•OCULARI

degenerazione tapeto-retinica (S. Senior-Loken)

Cataratta

• EPATICHE

fibrosi epatica

Epatomegalia

• SCHELETRICHE

Epifisi coniche (S Mainzer-Saldino)

Condrodisplasia metafisaria femorale

Polidattilia

Ipoplasia toracica

•NEUROLOGICHEaplasia del verme cerebellare (S Joubert)

ritardo mentale

•POLMONARI

Bronchiectasie

• CARDIACHE (specie nella NPHP2)

situs inversus

difetto del setto ventricolare

NEFRONOFTISI E…

• displasia toracica (S.Jeune)

• retinite pigmentosa, ipopituitarismo e displasia scheletrica (S. RHYNS)

• malformazioni della faccia, cavità orale, mani e piedi (S. Orofaciodigitale Tipo I)

• retinite pigmentosa, sordità, obesità, diabete, senza deficit mentale, polidattilia e/o ipogonadismo (s Alstrom) da alterazione del gene ALMS1

SINDROME DI SENIOR-LOKEN

• Quadro clinico:

Alterazioni della coroide e della retina di variabile intensità e progressione

Forma precoce (forma di amaurosi congenita di Leber),: nistagmo e/o cecitàalla nascita o entro i primi 2 anni di vita (NPHP5 e NPHP6)

Forma tardiva: cecità durante l’età scolastica

• Diagnosi: elettroretinogramma

• Associazione di nefronoftisi e RETINITE PIGMENTOSA

• Geni coinvolti: NPHP1 (7%), NPHP2 (10%), NPHP3 (40%)

NPHP5 (100%), NPHP6 (100%)

• Ipotesi genetica: mutazione addizionale in un gene sconosciuto modificato?

RETINITE PIGMENTOSA

TEORIA DELLE CIGLIA

Le ciglia delle cellule epiteliali renali e quelle dei fotorecettori retinici sono strutture analoghe

da Hildebrandt F JASN 2007

SINDROME DI JOUBERT

• Associazione di Nefronoftisi o displasia cistica con :

- Coloboma dell’occhio (o degenerazione retinica)

- Aplasia/ipoplasia del verme cerebellare che causa atassia

+/- ritardo psicomotorio, polidattilia, encefalocele occipitale ed episodi di tachipnea/dispnea neonatale

Parisi MA et al: European Journal of Human Genetics ( 2007) 15, 511–521

SINDROME DI JOUBERT

DIAGNOSI RMN CEREBRALE

I peduncoli cerebellari superiori sono sottili con ipoplasia del piccolo verme ed incremento del quarto ventricolo

SINDROME DI JOUBERT

TEORIA DELLE CIGLIA

gene AHI1

Gene NPHP1

Cellule cerebellari

Modificata da Louie CM et al. Human Molecular Gentics 2 005; 14; 235-242

BBS e altre sindromi rare

• BBS1-11 : espresse nei corpi basali, centrosoma e cilioconnettore dei fotorecettori: coinvolte nei meccanismi di trasporto intraflagellare anche nei fotorecettori e ciglia olfattive. Mutate nella s. di Bardet Biedl

• ALMS-1 : espressa nel ciglio e nel centrosoma; funzione ancora ignota. Mutate nella s. di Alstrom

• OFD-1: espressa nel corpo basale: coinvolta nel meccansimo di trasporto intraflagellare e nel trasporto intracellulare. Mutate nella s. Oro-digito-facciale tipo I

• Mks-Mks3: espresse sul ciglio. Funzione ancora ignota. Mutate nella s di Meckel Gruber

ANOMALIE PRIMARIE:• Distrofia retinica• Obesità• Polidattilia• Ritardo mentale• Ipogonadismo• Anomalie renali simili alla nefronoftisi

SINDROME DI BARDET-BIEDL

ANOMALIE SECONDARIE:• Diabete mellito• Anomalie dentarie • Dismorfismi facciali• Anomalie cardiovascolari• Fibrosi epatica • Ipoacusia• Strabismo,cataratta,astigmatismo• Atassia, incoordinazione

SINDROME DI BARDET-BIEDL• Prevalenza variabile : - 1: 160.000 ( Svizzera)

- 1:13.500 (beduini)• Ereditarietà : autosomica recessiva• Eterogeneita genetica : linkage con 8 loci

Mutazioni in più di un gene BBS può essere necessari a per una penetranza completa di alcuni aspetti di coinvolgim ento di organi diversi

BBS 1 su 11q13

BBS 2 su 16q21

BBS 3 su 3p13

BBS 4 su 15q22.3

BBS 5 su 2q31

BBS 6 su 20p12

BBS 7 su 4q27

BBS 8 su 14q32.11

SINDROME DI MECKEL-GRUBER

Associazione di nefronoftisi o displasia cistica con

- encefalocele occipitale

- polidattilia

• Altri possibili segni clinici: disgenesia dotti biliari, altre malformazioni del SNC (disgenesia cerebrale, idrocefalo)

• spesso letale nei primi giorni o mesi di vita

• è la sindrome più frequentemente responsabile dei difetti del tubo neurale

Trasmissione autosomica recessiva. 3 geni:

• MSK1 sul cromosoma 17q21-24 (frequente in una coorte finnica)

• MSK2 sul cromosoma 11q13

• MSK3/TMEM67 sul cromosoma 8q21-22, espresso su rene, cervello e fegato fetali

MECCANISMI CELLULARI COMUNI A ARPKD E ADPKD

Proliferazione anomala

Anomali rapporti con la matrice

APPROCCIO TERAPEUTICO POSSIBILE E TEORICO

• ACE–I e ARB• TERAPIA DI SUPPORTO• V2RA: studi preclinici: efficace sul rene

ma non sul fegato che non esprime V2R• INIBITORI EGFR : EGFR-TK inhibitors

efficaci nel modello murino• AGONISTI di G protein inibitorie : Gi

come la somatostatina• INIBITORI di cSrc:studi preclinici nel

ratto: efficaci sia sul fegato che sul rene