Le principali patologie mitocondriali

l deficit di COX (citocromo c ossidasi, il IV complesso della catena respiratoria) può essere causa della sindrome di Leigh con ereditarietà autosomica recessiva. È inoltre associato a due varianti di malattia mitocondriale pediatrica prevalentemente miopatiche, entrambe a trasmissione autosomica dominante.

La prima di queste due varianti è la miopatia infantile fatale, che determina insufficienza respiratoria e morte del bambino entro il primo anno di vita. Oltre al compartimento muscolare, è tipicamente coinvolto il tubulo renale, determinando una condizione clinica assimilabile alla sindrome di Fanconi, con importante perdita renale di sali minerali e aminoacidi. Sono solitamente risparmiati cuore e fegato. La sindrome di Fanconi consiste in un disturbo della funzionalità renale, caratterizzato dalla perdita della normale funzione di “filtraggio” del tubulo renale. In questo modo, sostanze chimiche che normalmente vengono riassorbite dal rene vengono perse nelle urine, alterando il normale bilancio degli acidi corporei.

La seconda variante è la miopatia infantile benigna, che determina l’insorgenza di una debolezza muscolare severa già nell’infanzia, con frequente necessità anche di assistenza respiratoria. I disturbi muscolari tendono però a migliorare spontaneamente tra i 5 e i 20 mesi di vita e nel giro di 2 o 3 anni, restituendo una vita normale al bambino.

Nonostante numerosi studi, non ci sono ancora test specifici che permettano di distinguere le due forme di malattia. La diagnosi differenziale precoce tra le due forme è però di importanza fondamentale per la prognosi e la gestione di questi bambini. Horvath e collaboratori hanno cercato di identificare le basi molecolari della forma benigna del deficit di questa patologia, identificando una mutazione omoplasmica, ereditata per via matrilineare, a livello del tRNA della glicina, in 17 pazienti appartenenti a 12 famiglie diverse. È stata identificata una penetranza variabile della malattia, ma la forte associazione tra il fenotipo clinico e la mutazione genetica è altamente suggestiva del fatto che questa mutazione sia patogenetica. Non è però ancora chiaro come avvenga in seguito la fase del recupero dell’attività dell’enzima. È stato suggerito che alla base ci sia un processo tessuto-specifico collegato allo sviluppo del bambino, quindi età-dipendente.

Un’ipotesi suggerisce che un incremento nel numero delle copie del mtDNA e, quindi, un aumentato numero di tRNA della glicina potrebbero compensare il difetto e superare le conseguenze della mutazione omoplasmica del mtDNA nel muscolo. Un’altra ipotesi imputa il recupero dell’attività dell’enzima agli effetti di alcuni geni muscolo-specifici che sarebbero correlati alla crescita e che subirebbero uno “switch”, cioè un cambiamento, verso altre isoforme. Esistono in effetti alcuni geni, codificanti per proteine contrattili o enzimi coinvolti nel metabolismo energetico, che vanno incontro a cambiamenti sviluppo-correlati. È stato visto che anche le subunità codificate dal genoma nucleare COX VI a e COX VII a subiscono cambiamenti durante lo sviluppo del soggetto. Resta ancora da chiarire la temporalità con cui si verificherebbero questi cambiamenti.

Il co-enzima Q10 è una piccola molecola lipidica che svolge la sua funzione a livello della membrana mitocondriale interna, dove trasporta elettroni ad alta energia lungo la catena respiratoria, dai complessi I e II al complesso III. Il coenzima Q10 sembra avere anche proprietà antiossidanti.

Il deficit primitivo di coenzima Q10 è una forma di malattia mitocondriale autosomica recessiva associata a cinque sindromi principali: (I) encefalomiopatia; (II) malattia infantile severa multisistemica; (III) atassia cerebellare; (IV) miopatia isolata; (V) sindrome di Leigh.

La prevalenza non è nota, ma è sicuramente una malattia molto rara. Ad oggi, sono state riportate diverse mutazioni in alcuni geni codificanti enzimi necessari per la sintesi del coenzima Q10.

La forma encefalomiopatica è caratterizzata dalla triade miopatia con mioglobinuria ricorrente, interessamento del sistema nervoso centrale con convulsioni, atassia e ritardo mentale, fibre “ragged red” con depositi di lipidi evidenziati alla biopsia muscolare.

La forma infantile severa multisistemica è una variante rara ma molto grave, caratterizzata da encefalopatia, epatopatia e nefropatia.

La terza variante è caratterizzata da atassia (incoordinazione motoria) e atrofia del cervelletto visualizzabile alle metodiche di neuroimmagini, in particolare alla risonanza magnetica, e può essere associata ad altri sintomi da coinvolgimento muscolare (debolezza muscolare) o neurologico (segni piramidali con aumento dei riflessi tendinei, aumento del tono muscolare e difficoltà nella deambulazione, convulsioni e ritardo mentale).

La miopatia isolata è una forma di deficit di coenzima Q10 caratterizzata da un esordio subacuto in età giovane adulta, nell’arco di 3-6 mesi, di sintomi quali intolleranza all’esercizio fisico e debolezza muscolare, episodi di mioglobinuria (presenza di mioglobina nelle urine, segno di massiva distruzione di massa muscolare, condizione pericolosa per il rischio di danno renale), senza coinvolgimento del sistema nervoso centrale, incremento del CK sierico e dell’acido lattico.

Per quanto riguarda la sindrome di Leigh, si rimanda alla relativa pagina.

Il deficit di coenzima Q10 può essere primitivo o secondario. Le forme primitive di malattia sono dovute a mutazioni nei geni direttamente coinvolti nella sintesi del coenzima stesso (COQ2, PDSS1, PDSS2, CABC1) e sono state identificate in pazienti affetti da forme infantili multisistemiche e con atassia cerebellare. I deficit secondari, invece, dovuti a mutazioni in geni non direttamente coinvolti  nella sintesi del coenzima (APTX, ETFDH, BRAF), sono stati identificati prevalentemente in pazienti con atassia cerebellare e con la forma miopatica pura. Inoltre, di recente è stato anche documentato che il coenzima Q10 è frequentemente ridotto nel muscolo di pazienti con varie malattie mitocondriali. Di conseguenza, emerge l’importanza di integrarlo introducendolo in terapia.

Le malattie dovute a mutazione di POLG1 sono probabilmente, tra le malattie mitocondriali, quelle con le manifestazioni più eterogenee a livello del sistema nervoso centrale (SNC). Oltre ai quadri già considerati (PEO, SANDO) e alla sindrome di Alpers (vedi “Sindromi da deplezione del mtDNA”), POLG1 può causare forme di parkinsonismo, atassia, epilessia, episodi tipo ictus, isolate o in associazione tra loro e/o a disturbi neuromuscolari e PEO.

La forma di parkinsonismo da mutazioni di POLG1 non differisce dalla malattia di Parkinson sporadica per quanto riguarda età di esordio, manifestazioni cliniche, alterazioni recettoriali del sistema dopaminergico agli studi scintigrafici e risposta alla terapia con Levo-DOPA. È importante sospettare una parkinsonismo da POLG1 nei malati affetti da malattia di Parkinson in cui siano presenti altri segni o sintomi di malattia mitocondriale (come miopatia, ptosi palpebrale, incoordinazione motoria o atassia, epilessia, ipogonadismo, miopatia, neuropatia) e comunque nei casi familiari in cui non si sia trovata una causa genetica alternativa.

Una forma di atassia cerebellare da POLG1, frequentemente isolata, è particolarmente frequente nei paesi scandinavi ma rara in altre regioni e prende il nome di MIRAS (sindrome da atassia mitocondriale recessiva).

Per quanto riguarda l’epilessia da POLG1, sono frequenti forme di epilessia parziale a partenza dal lobo occipitale, a esordio in giovane età, che possono essere complicate dalla comparsa di stato di male epilettico (crisi epilettiche continue o subentranti che non tendono a risolversi spontaneamente), talora associate alla presenza di lesioni “stroke-like” o simili a ictus, alla TC e/o alla RM dell’encefalo. In questi pazienti andrà evitato assolutamente l’utilizzo del farmaco antiepilettico valproato, che può portare a quadri di insufficienza epatica fulminante. È stato recentemente descritto un possibile beneficio con l’utilizzo di magnesio endovena, che almeno in alcuni pazienti sembrerebbe aver interrotto stati di male epilettico.

Come per il parkinsonismo e l’atassia da POLG1, anche l’epilessia può presentarsi isolatamente oppure in associazione alle altre manifestazioni cliniche descritte. Nei casi ristretti al SNC la biopsia muscolare può essere normale e la ricerca di delezioni multiple del mtDNA muscolare negativa.

La MELAS è un disordine multisistemico caratterizzato da un’encefalomiopatia progressiva che si manifesta con convulsioni, demenza o entrambe, episodi tipo stroke prima dei 40 anni, almeno inizialmente reversibili, e miopatia con acidosi lattica. Ulteriori sintomi che sono stati descritti in pazienti affetti da tale patologia interessano vari distretti, determinando ipoacusia, alterazioni dell’equilibrio, diabete, atrofia del nervo ottico, retinopatia pigmentaria, mioclono, bassa statura, blocchi di conduzione cardiaca, nefropatia e disturbi nella motilità gastrointestinale.

Gli episodi tipo stroke sono una caratteristica di questa malattia, e simulano un evento ischemico cerebrale. Solitamente però sono episodi non ischemici, ma sono caratterizzati da un aumento della permeabilità dei vasi capillari cerebrali, ridotta per fusione cerebrale, ipereccitabilità e perdita neuronale. Possono manifestarsi sia in età giovanile-precoce sia in età adulta. Per quanto riguarda le manifestazioni classiche, quali afasia (disturbo della comprensione o della produzione del linguaggio verbale), emianopsia (perdita di metà del campo visivo), emiparesi (deficit di forza che interessa una metà del corpo) ecc., questi episodi non differiscono dagli ictus veri e propri. A questa sintomatologia si associano altri segni clinici, come attacchi epilettici, atassia, cefalea emicranica, alterazioni dell’udito e/o della vista, amnesie, stati confusionali, psicosi e allucinazioni.

Sono state identificate diverse mutazioni nel mtDNA responsabili di malattia. La mutazione più frequente, identificata in circa l’80% dei pazienti, è una mutazione puntiforme localizzata nel tRNA della leucina, la transizione nucleotidica A3243G. La maggior parte delle mutazioni a carico del mtDNA responsabili della MELAS sono a carico del tRNA. Alcune, però, sono a carico di geni che codificano per proteine strutturali, quali la subunità III del citocromo c ossidasi o la subunità 1, 5 e 6 del complesso 1 della catena respiratoria. La mutazione G13513A a carico della subunità 5 del complesso 1 della catena respiratoria è una causa comune di sindromi “a cavallo” tra MELAS, LHON e Leigh. Le mutazioni associate alla MELAS spesso non si ritrovano nel sangue, ma andranno ricercate nelle cellule del sedimento urinario o nel tessuto muscolare.

La MNGIE è una malattia autosomica recessiva causata da mutazioni nel gene nucleare ECGF1 o TP (timidina fosforilasi). L’esordio di questa patologia è tra i 10 e i 40 anni, in media nella tarda adolescenza, con disturbi gastrointestinali quali episodi ricorrenti di diarrea o vomito, malassorbimento, associati a oftalmoparesi, neuropatia periferica, alterazioni della sostanza bianca cerebrale (leucodistrofia).

I sintomi gastrointestinali sono quelli predominanti della MNGIE e spesso ne rappresentano l’esordio. Le alterazioni della motilità gastrointestinale possono interessare qualunque tratto del tubo digerente e possono essere causa di disfagia e diverticoli.

Tra le cause di morte di questi paziente ricordiamo la peritonite da rottura spontanea di un diverticolo intestinale e la polmonite da aspirazione. La cachessia (ovvero, importante emaciazione) è una costante in questi pazienti, dovuta all’importante calo ponderale che si verifica a causa dei disturbi intestinali e al malassorbimento. La neuropatia non è determinata dai difetti nutrizionali, potendo essere presente anche all’esordio della malattia. Di solito è di forma lieve e si manifesta con astenia.

La mutazione responsabile di questa malattia è a carico di un gene nucleare che codifica per l’enzima timidina fosforilasi. A causa di questa mutazione si verifica un accumulo di timidina, che viene trasformata in un intermedio (deossitimidina trifosfato), il quale a sua volta, rendendo instabile il mtDNA, determina la formazione di delezioni multiple in quest’ultimo, associate a deplezione (cioè riduzione in numero di copie) del mtDNA. Per la diagnosi è necessario dosare l’attività di questo enzima nel sangue ed eventualmente sequenziare il gene che lo codifica. È possibile inoltre dosare la timidina nei tessuti corporei, in particolare le urine.

Dal punto di vista terapeutico, si ritiene in linea teorica che il raggiungimento del 25% della normale attività della timidina fosforilasi possa ridurre la concentrazione degli intermedi metabolici tossici sul mtDNA a livelli sufficienti a prevenire lo sviluppo delle manifestazioni cliniche e, in effetti, tale obiettivo è stato raggiunto in alcuni casi grazie al trapianto di cellule staminali ematopoietiche.

La MERRF una malattia che può esordire a età variabile, caratterizzata da convulsioni generalizzate, mioclono, debolezza e atrofia muscolare localizzate in particolare a livello prossimale sia agli arti inferiori che superiori, cardiopatia (sia cardiomiopatia ipertrofica che blocchi di conduzione), atassia progressiva, demenza, deficit uditivo (ipoacusia neuro sensoriale), neuropatia periferica sensitivo-motoria con possibile presenza di “piede cavo”, ritardo nello sviluppo puberale.

Il mioclono, una serie di movimenti involontari a scatti dovuti al succedersi di contrazioni e decontrazioni involontarie di uno più muscoli, può manifestarsi sia isolatamente sia associato a convulsioni. Gli aspetti clinici della malattia possono essere variabili e la sindrome mostra una variabilità intrafamiliare nell’età di esordio e nella severità clinica.

La mutazione più comune (circa il 80% dei casi) responsabile della malattia è una transizione nucleotidica A8344G, cioè una sostituzione di un nucleotide del mtDNA con un altro, in un gene che codifica per il tRNA della lisina. Questo determina un generale decremento dell’attività dei complessi della catena respiratoria. A carico del tRNA del gene della lisina è stata identificata un’altra mutazione puntiforme, la T8356C. Altre transizioni nucleotidiche, più rare, sono state riconosciute responsabili di malattia e in alcuni pazienti ancora non è stata individuata la mutazione responsabile.

Mutazioni del mtDNA in geni che codifichino per proteine strutturali dei complessi della catena respiratoria sono solitamente associate a sintomatologia prevalentemente muscolare.

Tra queste, mutazioni puntiformi nel gene per il citocromo b (cyt b) sono associate a sintomi muscolari quali intolleranza all’esercizio fisico, mialgie (dolori muscolari) e, a volte, mioglobinuria (presenza di mioglobina nelle urine, segno di massiva distruzione di massa muscolare, condizione pericolosa per il rischio di danno renale).

Mutazioni nei geni che codificano per le subunità della citocromo c ossidasi (COX) sono correlate a sindromi tessuto-specifiche quali forme miopatiche nei deficit delle subunità I e II (COX I e COX II), anemia sideroblastica nelle mutazioni della subunità II (COX II), patologie multisistemiche come la MELAS per mutazioni nella COX III, encefalomiopatia se le subunità mutate sono la COX I e la COX III.

Questa patologia, dovuta a una mutazione puntiforme del mtDNA (T8993G), colpisce solitamente giovani adulti ed è caratterizzata da atassia, neuropatia sensoriale, debolezza muscolare, retinite pigmentosa con riduzione della vista. Il danno retinico che caratterizza questa sindrome comporta una severa cecità notturna e, quando la malattia colpisce anche il nervo ottico, perdita dell’acuità visiva e cecità.

La retinite pigmentosa è una malattia che colpisce le cellule recettrici dell’apparato della vista, i “coni” e i “bastoncelli”. Questo porta alla progressiva diminuzione della capacità visiva, fino a cecità. Si può sospettare una retinite pigmentosa quando si manifestino, da soli o in associazione, cecità crepuscolare o notturna, sensazione di abbagliamento in caso di luce intensa (ma non tale da provocare la stessa sensazione in soggetti sani) e restringimento centrale del campo visivo.

L’aspetto della retina danneggiata è stato definito “a sale e pepe” o anche retinopatia pigmentaria diffusa. Il grado di danneggiamento dei coni e/o dei bastoncelli dipende non tanto dalla quantità di mtDNA mutato, ma piuttosto dalla progressione nel tempo. Il difetto molecolare più comune è una mutazione puntiforme (T8993G) nel gene che codifica l’ATPasi 6 e si esprime clinicamente quando la percentuale del mtDNA mutato rispetto al totale è del 70-90%. Quando tale percentuale supera il 90% si avrà invece una malattia infantile molto più grave, la sindrome di Leigh ereditata per via materna (MILS, vedi sotto). Le due sindromi frequentemente coesistono nella stessa famiglia, in base al livello di mutazione specificamente presente in ogni membro affetto.

Questa patologia, dovuta a mutazioni puntiformi a livello del complesso I della catena respiratoria del mitocondrio, colpisce prevalentemente giovani maschi. Consiste in una disfunzione del nervo ottico che, con la progressione della malattia, tende ad atrofizzarsi (atrofia ottica) ed esordisce generalmente tra i 18 e i 30 anni.

La perdita della visione inizia a un occhio, con uno scotoma centrale, e nell’arco di settimane o pochi mesi si estende all’altro occhio. Lo scotoma centrale è una “macchia cieca” che interessa una parte del campo visivo di un occhio. All’atrofia ottica si associa “microangiopatia peripapillare”, cioè alterazioni a carico dei piccoli vasi vicino alla papilla ottica.

Questa patologia mostra una penetranza incompleta. Circa il 50% dei maschi e il 10% delle femmine (forse anche per un effetto protettivo degli estrogeni) portatori o portatrici di una delle mutazioni sviluppano la malattia durante la loro vita. Non è ancora chiaro però il meccanismo che determina tale fenomeno. Fattori genetici da soli non possono determinare una variabilità così ampia, quindi probabilmente anche fattori ambientali hanno un ruolo importante, tale da rendere questa malattia una cosiddetta “patologia multifattoriale”, determinata cioè da complesse interazioni fra fattori genetici ed ambientali.

Un numero limitato di studi condotti su campioni ridotti di popolazione ha riportato un possibile aumento di rischio di sviluppare la malattia in forti fumatori o in soggetti che consumavano grandi quantità di alcolici. Questa osservazione però non è stata confermata da ulteriori studi condotti invece su larga scala. Sono stati riportati anche sporadici casi in cui traumi, deprivazioni nutrizionali, esposizioni ad agenti tossici, malattie acute o la somministrazione di alcuni farmaci sembrerebbero aver precipitato o innescato la sintomatologia oculare nei pazienti, ma la forza dell’associazione di questi elementi con la manifestazione della malattia rimane da dimostrare.

In associazione alle lesioni oculari possono presentarsi disturbi del ritmo cardiaco e segni di interessamento del sistema nervoso, quali incoordinazione motoria (“atassia”), disturbi del movimento e neuropatia periferica. Le mutazioni causali di questa malattia sono nel 95% dei casi mutazioni puntiformi del mtDNA, cioè sostituzioni di un nucleotide (i “mattoncini” del DNA) con un altro (le più frequenti mutazioni associate a LHON sono le G3640A, T14484C o G11778A).

Per leggere la brochure informativa sulla LHON clicca qui.

Questa sindrome, a ereditarietà autosomica recessiva, è dovuta ad una mutazione nel gene POLG1. Questo gene codifica per una DNA polimerasi mitocondriale coinvolta nella replicazione del mtDNA. Mutazioni in POLG1 possono rallentare l’attività della polimerasi, causando un blocco della replicazione e predisponendo il mtDNA alla formazione di delezioni multiple.

Da un punto di vista clinico, è caratterizzata dalla triade di sintomi (oftalmoparesi, neuropatia sensitiva con disturbo dell’equilibrio e disartria, cioè difficoltà nell’articolare correttamente le parole), cui possono associarsi ptosi, emicrania, depressione. La neuropatia può precedere anche di diversi anni la restante sintomatologia.

La PEO, oftalmoplegia esterna progressiva, è una delle manifestazioni cliniche più comuni delle malattie mitocondriali.

Caratteristiche fondamentali di questa sindrome sono la ptosi palpebrale e la progressiva debolezza dei muscoli che governano i movimenti degli occhi. La ptosi è la discesa verso il basso, secondo la forza di gravità, di un organo o una struttura fisica, in questo caso della palpebra. Per oftalmoparesi/oftalmoplegia si intende una paralisi della muscolatura che governa i movimenti del globo oculare, limitandoli (oftalmoparesi) o impedendoli del tutto (oftalmoplegia).

La PEO è dovuta a delezioni o mutazioni puntiformi nel mtDNA. L’ereditarietà è, di conseguenza, variabile in base alla causa genetica.

Quando il difetto molecolare è a carico di geni nucleari codificanti per proteine essenziali per il mantenimento, la stabilità e la replicazione del mtDNA, si verifica un difetto di comunicazione intergenomica: una mutazione a carico di un gene nucleare che codifica per una proteina regolatrice può determinare l’accumulo di delezioni multiple a carico del mtDNA. All’opposto, le forme sporadiche sono dovute a delezioni singole del mtDNA, che si accumulano nelle cellule “somatiche” (muscolo, sistema nervoso centrale, ecc.), ma non in quelle cosiddette “germinali” (spermatozoi e cellule uovo) e pertanto non vengono trasmesse ai figli.

La forma dovuta a delezioni del mtDNA può essere sporadica (per delezioni singole nel mtDNA verificatesi durante l’ovogenesi o l’embriogenesi precoce) o a ereditarietà mendeliana (autosomica recessiva o dominante: rispettivamente arPEO e adPEO). Le forme mendeliane in genere si associano a delezioni multiple del mtDNA (da ricercare nel tessuto muscolare). La forma dovuta a mutazioni puntiformi nel mtDNA (in particolare nei geni codificanti tRNA) segue un modello di ereditarietà materna. Più raramente, sono stati descritti casi sporadici.

La PEO sporadica si manifesta generalmente prima dei 20 anni, con ptosi palpebrale, progressiva limitazione dei movimenti oculari ed eventuale debolezza muscolare dei muscoli prossimali. Nei casi in cui la PEO si associ a segni di coinvolgimento multisistemico (intolleranza allo sforzo, cardiomiopatia, cataratta, sordità, segni di disfunzione cerebellare, retinopatia, ipoacusia neurosensoriale) si parla di PEO “plus”.

La malattia può rimanere confinata agli occhi o può interessare la muscolatura scheletrica, specialmente prossimale, provocando affaticamento prematuro e debolezza muscolare. Alla sintomatologia muscolare possono associarsi sintomi da interessamento multisistemico, come diminuzione dell’udito, neuropatia periferica, incoordinazione motoria da disturbo del cervelletto, alterazioni nella conduzione cardiaca, diabete, ipoparatiroidismo. Il decorso è lentamente progressivo. Possono essere coinvolti i muscoli respiratori, per cui possono rendersi necessari periodici controlli pneumologici.

La forma dominante insorge generalmente intorno ai 30 anni, con ptosi, oftalmoplegia esterna e precoce affaticamento. Il peggioramento è graduale, con coinvolgimento della muscolatura facciale e del collo, fino a disartria (difficoltà nell’articolare le parole) e disfagia (difficoltà a deglutire).

Mentre il coinvolgimento nella forma dominante tende a rimanere confinato alla muscolatura, nella forma recessiva si ha più spesso un interessamento multisistemico.

Le mutazioni responsabili di queste forme sono state identificate a carico di diversi geni nucleari, come il gene ANT-1 (traslocatore-1 del nucleotide adenina), Twinkle (un’elicasi mitocondriale), POLG1 e -2 (le due subunità della polimerasi gamma, specifica per il mtDNA). La gravità della sindrome dipende dal tipo di difetto molecolare: mutazioni in ANT1 sono generalmente connesse a una sintomatologia più lieve; severità intermedia per quelle dovute a una mutazione nella proteina Twinkle e maggior severità per le forme causate da mutazione del gene POLG1. Altri geni che più recentemente sono stati associati a delezioni multiple del mtDNA sono OPA1, RRM2B, TK2.

La sindrome di Leigh, conosciuta anche come “encefalopatia necrotizzante subacuta”, è dovuta a degenerazione dei gangli della base (un gruppo di formazioni di sostanza grigia situate nella profondità degli emisferi cerebrali e deputate al controllo dei movimenti), quasi sempre letale. Esordisce clinicamente nell’infanzia, con ritardo psicomotorio, ipotonia generalizzata, insufficienza respiratoria fino all’apnea, “pianto di gatto” (pianto debole), progressiva perdita della vista e dell’udito, atassia, incoordinazione motoria, difficoltà ad alimentarsi, astenia, crisi epilettiche e regressione psicomotoria. Altre manifestazioni possono includere segni piramidali con aumento dei riflessi tendinei e del tono muscolare, retinite pigmentosa, PEO, sordità e neuropatia periferica. Le manifestazioni viscerali comprendono cardiopatia ipertrofica, epatopatia con infiltrazione di grasso nelle cellule epatiche, episodi di vomito ricorrente o degenerazione dei tubuli renali. L’esordio è spesso acuto e può coincidere con episodi febbrili o può seguire un attacco convulsivo.

La diagnosi di questa malattia è solitamente posta con la risonanza magnetica, che mette in evidenza un aumento del segnale in alcune regioni del cervello (nuclei della base, nucleo olivare inferiore, talamo, sostanza nera ecc), tipicamente simmetriche.

Il tipo di ereditarietà della malattia di Leigh dipende dallo specifico difetto genetico, potendo essere autosomico recessivo (ovvero, la malattia si manifesta quando entrambe le copie del gene sono mutate), X-linked recessivo (con comparsa di malattia tipicamente nei maschi) e a ereditarietà matrilineare (per mutazioni del mtDNA). Il difetto biochimico alla base di questa sindrome può essere a carico dell’enzima piruvato carbossilasi o dei componenti della catena respiratoria (complessi I, II, IV e V), risultando comunque in un difetto finale nella sintesi dell’ATP.

Una mutazione comune causa della sindrome di Leigh è la mutazione puntiforme T8993G nel gene mitocondriale dell’ATP6, che codifica per una subunità del complesso V della catena di trasporto degli elettroni in condizioni di quasi omoplasmia (> 90% del mtDNA mutato). Questa mutazione è responsabile della forma di sindrome di Leigh ereditata per via materna (definita “MILS”, acronimo dall’Inglese “maternal inherited Leigh sindrome”), oltre che della NARP quando il carico della mutazione è compreso tra 70% e 90%.

La MILS è una devastante encefalopatia che esordisce generalmente nel primo anno di vita ed è caratterizzata da ritardo di sviluppo, crisi epilettiche, ipotonia, mioclono, atassia, atrofia ottica, neuropatia periferica, regressione psicomotoria, retinopatia pigmentosa e acidosi lattica. Il decesso avviene generalmente nei primi anni di vita. Quando la percentuale di mtDNA mutato è compresa tra il 70% e il 90% si osserva una sindrome meno grave, a esordio più tardivo, caratterizzata da neuropatia, atassia e retinite pigmentosa (NARP). Sono stati descritti, seppur raramente, casi di bambini affetti da MILS che, sopravvissuti fino all’età adulta, con la crescita sviluppavano un fenotipo tipo NARP, molto più benigno.

Esistono inoltre molti geni nucleari che possono associarsi a sindrome di Leigh (BCS1L, NDUFA10, SDHA, NDUFS3-4-7-8, NDUFAF2, NDUFA2, DLD, C8orf38, SURF1, COX15, FOXRED1, SCO-2).

La sindrome di Kearns-Sayre, dovuta a delezioni singole del mtDNA, è caratterizzata dall’insorgenza, prima dei 20 anni, di PEO, retinite pigmentosa e disturbi del ritmo cardiaco. La retinite pigmentosa è caratterizzata da una serie di alterazioni a livello della retina che determinano una progressiva perdita della visione notturna e del campo visivo periferico e, in molti casi, un calo dell’acuità visiva. La prevalenza della malattia è di 1-3 casi su 100.000 persone. Spesso la malattia esordisce con i sintomi oculari descritti sopra. A questi seguono miopatia prossimale, disturbi della conduzione cardiaca, ipoacusia, atassia, crisi comiziali, deficit ormonali (diabete, ipoparatiroidismo), ritardo nella crescita e insufficienza renale.

Questa rara patologia infantile dovuta a delezioni singole del mtDNA è caratterizzata da anemia sideroblastica refrattaria ai comuni trattamenti, insufficienza della produzione di cellule del sangue da parte del midollo osseo e quindi pancitopenia, cioè riduzione di tutte le cellule presenti nel sangue, oltre a disfunzione pancreatica. La malattia è inesorabilmente progressiva e fatale. La morte avviene solitamente nei primi anni di vita. I rari pazienti che sopravvivono fino all’adolescenza possono sviluppare in seguito un quadro tipo KSS.

Per deplezione del mtDNA si intende una riduzione quantitativa di molecole di mtDNA, laddove le molecole residue sono qualitativamente normali. Clinicamente si osservano diverse sindromi: sindromi epatocerebrali (inclusa la sindrome di Alpers); encefalomiopatia; miopatia isolata, forme multisistemiche. Le sindromi da deplezione esordiscono in un range di età tra i primi mesi di vita (estremamente più comuni) e i 20 anni di età (più rare).

Possono essere colpiti in maniera variabile il muscolo scheletrico (debolezza muscolare, ipotonia, ptosi palpebrale, oftalmoparesi), l’encefalo (epilessia, atrofia corticale, alterazioni della sostanza bianca, parziale agenesia del corpo calloso), i nervi periferici (neuropatia assonale), i neuroni motori (in alcuni casi con un quadro clinico simile alla SMA, atrofia muscolare spinale), il fegato (steatosi, cirrosi), il cuore (cardiomiopatia) e il rene (tubulopatie). Un dato di laboratorio molto particolare di queste sindromi è l’aumento, anche se lieve, dei valori ematici di CK, che generalmente nelle altre malattie mitocondriali sono nella norma.

Le sindromi da deplezione del mtDNA presentano una trasmissione autosomica recessiva e sono state identificate mutazioni patogenetiche in proteine codificate da 5 geni. In particolare, sono state identificate mutazioni a carico dei geni che codificano per l’isoforma mitocondriale dell’enzima timidina chinasi 2 (TK2) correlata alla forma miopatica; mutazioni a carico della subunità beta dell’enzima succinyl CoA ligasi (ADP forming) (SUCLA2) nelle forme encefalomiopatiche; nella deossiguanosina chinasi (DGUOK o dGK), nella subunità catalitica della DNA polimerasi gamma (POLG1) specifica per il genoma mitocondriale e in MPV17, una proteina a funzione ancora sconosciuta nella sindrome epatocerebrale.

L’identificazione precoce del difetto genetico è fondamentale nelle forme in cui il coinvolgimento è limitato a un singolo organo. Il trapianto d’organo è infatti un’opzione ragionevole nelle forme con cardiomiopatia o epatopatia isolate. Rimane ancora da valutare se i pazienti svilupperanno o meno deplezione di mtDNA in altri organi con l’accrescimento e poi l’invecchiamento.

Per quanto riguarda la sindrome epatocerebrale, i primi casi di questo tipo di patologia descritti erano caratterizzati da insufficienza epatica o comunque da disturbi della funzionalità del fegato, associati ad alterazioni del sistema nervoso centrale e da miopatia. Gli studi su biopsie di fegato hanno mostrato alterazioni che andavano da infiltrazione di grasso (steatosi) a cirrosi epatica (fibrosi con completo sovvertimento

dell’architettura cellulare). Questa è probabilmente la più comune delle malattie da deplezione del mtDNA.

L’esordio è in media intorno ai 6 mesi di vita, con severa epatopatia, ipoglicemia, ritardo psicomotorio, nistagmo oscillante ed elevati valori di acido lattico nel sangue. La maggior parte di questi bambini muore entro il primo anno di vita. Nei campioni di biopsia epatica è stato identificato un importante deficit dei complessi della catena respiratoria mitocondriale codificati dal mtDNA e una severa deplezione del mtDNA. La mutazione è stata identificata in una piccola percentuale di casi (14%) a livello del gene nucleare codificante la dGK, un enzima localizzato nella matrice mitocondriale responsabile della fosforilazione delle basi puriniche necessarie per la replicazione del mtDNA. Di recente sono stati descritti alcuni pazienti con mutazioni nel gene MPV17, codificante un proteina localizzata a livello della membrana mitocondriale interna, le cui funzioni non sono a oggi note. Ulteriori mutazioni che spieghino la maggior parte di questi casi devono ancora essere identificate.

Una forma peculiare di sindrome epatocerebrale è la Sindrome di Alpers. Anch’essa caratterizzata da ereditarietà autosomica recessiva, esordisce solitamente nell’infanzia. Lo sviluppo precoce del paziente è nella norma, ma viene poi seguìto da regressione psicomotoria con perdita neuronale, convulsioni che diventano intrattabili ed epatopatia che evolve in cirrosi ed è spesso scatenata dall’assunzione dell’acido valproico. Le alterazioni sono a carico della corteccia cerebrale e delle strutture profonde del cervello, che evolvono in atrofia globale e dei gangli della base. Il coinvolgimento del lobo occipitale del cervello (in cui avviene l’elaborazione delle informazioni visive) può portare a cecità. La sindrome di Alpers è dovuta a mutazioni del gene nucleare POLG1, codificante la polimerasi gamma, necessaria per la replicazione del mtDNA.

La forma encefalomiopatica è stata descritta nel 2005 in una famiglia araba con consanguineità. Il paziente affetto presentava un severo ritardo psicomotorio, importante ipotonia, compromissione dell’udito e convulsioni. Un corredo sintomatologico simile è stato identificato anche nel cugino. In entrambi i pazienti è stata identificata una compromissione dell’attività dei complessi I e IV, con minor coinvolgimento del complessi III e V. La funzionalità epatica e quella renale sono risultate nella norma. L’analisi genetica ha messo in evidenza una profonda deplezione a carico del mtDNA. È stata poi identificata una mutazione in omozigosi a carico del gene SUCLA2 che codifica per una subunità beta dell’enzima succinyl CoA ligasi.

Le forme miopatiche di deplezione mitocondriale, di miopatia isolata, marcata ipotonia muscolare ed elevati livelli di acido lattico nel sangue. Le mutazioni responsabili di questa malattia sono state identificate a carico dell’isoforma mitocondriale dell’enzima TK2, un enzima necessario per una corretta sintesi dei nucleotidi precursori del mtDNA.

La sordità neurosensoriale non sindromica (cioè, non associata ad altre manifestazioni di malattia mitocondriale) è una patologia caratterizzata da progressiva perdita dell’udito. L’età di esordio è estremamente variabile. La sordità può far parte di disordini mitocondriali di natura multisistemica, come la KSS, la MELAS, la sindrome di Leigh, la PEO, o di forme “oligosindromiche”, ad esempio sordità associata a diabete. Ci sono poi forme in cui il disordine mitocondriale si manifesta solamente con ipoacusia o sordità, non accompagnata da manifestazioni di natura multisistemica.

Sono state individuate alcune mutazioni responsabili di questa patologia. La mutazione A3243G a carico del tRNA della leucina (mutazione associata anche alla MELAS) può causare sordità come unico sintomo o, più spesso, sordità associata a diabete. Essa è ereditata per via materna. La perdita dell’udito inizia a manifestarsi in genere nell’adolescenza o nell’età giovane adulta ed è generalmente lentamente progressiva.

La mutazione A1555G nel mtDNA determina nella maggior parte dei casi una sordità neurosensoriale profonda, generalmente lentamente progressiva, a esordio nell’infanzia e che colpisce all’inizio le alte frequenze. I pazienti portatori di questa mutazione sono maggiormente predisposti alla tossicità da aminoglicosidi (una classe di antibiotici che ha come effetto collaterale tossicità a livello sia acustico sia renale).

Diverse mutazioni puntiformi a carico del tRNA della serina possono essere responsabili di sordità neurosensoriale bilaterale. A differenza della forma di ipoacusia dovuta alla mutazione A1555G, questo tipo di patologia non determina la stessa sensibilità all’ototossicità da aminoglicosidi.

La reale incidenza della sordità neurosensoriale a origine mitocondriale ancora non è chiara e probabilmente è sottostimata. Le cellule della coclea (struttura nell’orecchio interno che contiene l’organo dell’udito) sono molto sensibili alle alterazioni mitocondriali, perch il loro funzionamento dipende strettamente da elevate quantità di energia. Il grado di sordità può variare molto tra i membri di una stessa famiglia, andando da una perdita bilaterale dell’udito a condizioni in cui questo è quasi normale. L’insorgenza dei disturbi è più comune nell’età giovane-adulta, ma sono stati riportati anche casi di disturbi congeniti o manifestati in bambini. Solitamente è conservata la funzione vestibolare, cioè quella che governa l’equilibrio e le cui strutture di base sono situate nell’orecchio interno.

Il coinvolgimento del sistema uditivo è una manifestazione piuttosto comune nelle malattie mitocondriali e, in alcuni casi, costituisce il primo sintomo con cui queste si manifestano. La reale incidenza di questo disturbo è probabilmente sottostimata, probabilmente sia a causa della maggior importanza dei sintomi associati, sia perché talvolta l’ipoacusia è molto lieve o subclinica e può “sfuggire” nell’iniziale descrizione dei disturbi.

Si stima che quasi la metà dei pazienti con malattia mitocondriale presenti qualche grado di ipoacusia neurosensoriale. Di contro, in caso di disturbo dell’udito che si presenta in forme sindromiche potrebbe non essere immediato sospettare una forma di patologia mitocondriale, sia perché le manifestazioni associate all’ipoacusia/sordità sono molto variabili, sia perché questo può essere, all’esordio della patologia, l’unico sintomo. Per questo sarebbe necessario che gli otorinolaringoiatri prestassero molta attenzione ai segni e sintomi eventualmente associati al problema di udito, soprattutto quando in anamnesi emerge una ricorrenza del disturbo, in particolare per linea materna.

Il profilo audiologico di queste forme di patologia è molto variabile. Generalmente l’ipoacusia interessa inizialmente le frequenze più alte, soprattutto bilateralmente, ed è simmetrica e progressiva. Sono però stati descritti casi in cui il problema era asimmetrico o esclusivamente unilaterale. Anche l’età d’esordio è variabile, potendosi manifestare sia in giovane età sia in età adulta. Non esiste ancora una spiegazione per la grande variabilità clinica delle manifestazioni di malattia. Possono essere coinvolti differenti fattori, sia genetici sia ambientali.

Le mutazioni mitocondriali responsabili di forme di sordità neurosensoriale sindromica sono mutazioni puntiformi nei geni per i tRNA o delezioni singole o multiple del mtDNA.

Patologie mitocondriali come la KSS, la MELAS, la PEO, la MERRF e il diabete a ereditarietà matrilineare sono spesso associate a sordità. In pazienti con la mutazione A3243G, inizialmente correlata alla MELAS e successivamente identificata anche in altre sindromi come la PEO e la sindrome diabete e sordità ereditati per via materna (MIDD), presentano spesso ipoacusia, talvolta anche come sintomo d’esordio.

La sindrome MIDD è caratterizzata dall’associazione di sordità e diabete: questo esordisce generalmente tra i 20 e i 30 anni. Ereditata per via materna, è caratterizzata da difetto nella produzione di insulina o, in una minoranza dei casi, da insulino-resistenza. I pazienti sono solitamente magri e clinicamente l’insorgenza del diabete è preceduta dall’insorgenza di ipoacusia neurosensoriale. Possono poi associarsi sintomi sistemici quali cardiomiopatia, disturbi della motilità intestinale, alterazioni della funzione renale e distrofia maculare. Non necessariamente i pazienti con diabete di origine mitocondriale necessitano di terapia insulinica. Può infatti essere efficace anche la terapia antidiabetica orale (tenendo presente che la metformina può indurre acidosi lattica).

Anche altre mutazioni che inizialmente erano state ritenute responsabili di forme non sindromiche di sordità si sono rivelate responsabili di forme invece associate, in alcuni casi, ad altri sintomi. Un esempio è la mutazione A7445G nel gene del tRNA della serina, in cui la sordità è stata associata talvolta a cheratodermia (ispessimento della cute). Un’altra mutazione nel gene per il tRNA della serina è stata trovata associata, in una famiglia, ad atassia e mioclono.

La mutazione più comunemente associata alle forme di sordità neurosensoriale non sindromica, la A1555G, è stata descritta anche in una famiglia con sordità e malattia di Parkinson, in un’altra famiglia in associazione a segni piramidali e in una donna con cardiomiopatia restrittiva.