Inquadramento clinico e diagnostico
delle malattie muscolari
MIOPATIE
• Le miopatie sono un gruppo di malattie
geneticamente determinate che si
caratterizzano clinicamente per una
debolezza muscolare progressiva che
coinvolge i muscoli dei cingoli scapolare
e pelvico e spesso il muscolo cardiaco.
DIAGNOSI MOLECOLARE nelle MALATTIE MUSCOLARI
Limb girdle dystrophies:
Dominant
1A: Myotilin; 5q31; Dysarthria
1B: Lamin A/C; 1q21; + Cardiac
1C: Caveolin-3; 3p25; Child onset
1D: 7q
Dilated Cardiomyopathy (?1E): 6q23
1F: 7q32
1G: 4p21
Ankle contractures & High CK
Bethlem: Collagen VI; 21q22 & 2q37
Central core: Ryanodine receptor (19q13)
Cytoplasmic body: 2q24; 2q21 + Other
Distal myopathies
MPD2: 5q31; ?
Emery-Dreifuss: Lamin A/C; 1q21
Facioscapulohumeral: 4q35
Myofibrillar (Desmin storage)
Desmin: 2q35; AD or AR
αB-crystallin: 11q22
Filamin C: 7q32
LGMD 1A: Myotilin; 5q31
Congenital: SEPN1; 1p36
ZASP myopathy: 10q22
Other
Myotonic (DM1): DMPK; 19q13
Myotonic (DM2): ZNF9; 3q21
Oculopharyngeal: PABP2; 14q11
Skeletal + Myopathy
Bone fragility: 9p21
Paget disease: VCP; 9p13
Limb girdle dystrophies:
Recessive
2A: Calpain-3 ;15q15
2B: Dysferlin; 2p13.1
2C: γ-Sarcoglycan; 13q12
2D: α-Sarcoglycan; 17q21
2E: β-Sarcoglycan; 4q12
2F: δ-Sarcoglycan; 5q33
2G: Telethonin; 17q11-12
2H: TRIM32; 9q31-q33
2I: FKRP; 19q13.3
2J: Titin; 2q31
2K: POMT1; 9q34
Merosin (Laminin α2)
Absent: 6q2
Reduced: 6q2
Abnormal: LGMD 2I
Caveolin-3 mutation (Gly55Ser)
Limb girdle dystrophies: Xlinked
Barth: G4.5 (Tafazzins); Xp28
Becker: Dystrophin; Xp21
Duchenne: Dystrophin; Xp21
Emery-Dreifuss: Emerin; Xq28
Manifesting carriers
Dystrophinopathy
Myotubularin
McLeod Syndrome: XK; Xp21.1;
Vacuolar
Danon's disease: LAMP-2; Xq24
Excessive Autophagy: Xq28
Mental retardation & Cardiomyopathy
Other inherited myopathy
syndromes
Barnes's myopathy
Cardiac + Myopathy
Cardiomyopathy-associated myopathy
Cardiomyopathy (?LGMD1B)
Dilated Cardiomyopathy: 6q23
Congenital
Myopathies: Late-onset
Muscular dystrophies
Cytoplasmic body myopathies
Distal myopathies
Excessive autophagy: Xq28
Familial myasthenia gravis
FSH dystrophy: 4q35
Hereditary IBM syndromes
IBM1: Dominant
IBM2: GNE; 9p12; Recessive
IBM3: MyHC-IIa; 17p13; Dominant
IBM + Paget disease: 9p13; Dominant
Metabolic myopathies
Glycogen
Lipid
Mitochondrial
Myopathy + PEO: 17p13; Recessive
Myotonic dystrophy
Other dystrophies
Respiratory failure
Scapuloperoneal syndromes
Skeletal + Myopathy
Diaphyseal dysplasia: TGFB1; 19q13
Epiphyseal dysplasia: COL9A3; 20q13
Spheroid body (Myotilin)
Tubular aggregates
Tubular arrays
http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/index.html
DISTROFIE MUSCOLARI
• Le distrofie muscolari sono un gruppo di
malattie geneticamente determinate che si
caraterizzano clinicamente per una
debolezza muscolare progressiva che
coinvolge i muscoli dei cingoli scapolare e
pelvico e spesso il muscolo cardiaco.
• Il muscolo scheletrico mostra dal punto di
vista istopatologico una progressiva
sostituzione fibro-adiposa, degenerazione e
rigenerazione (DISTROFIA).
Muscolo distrofico
Muscolo normale
H&E
LA BIOPSIA MUSCOLARE
• Selezione del muscolo appropriato
• Procedura bioptica
• Processamento del campione
Criteri di selezione del muscolo
da biopsiare
• Evitare muscoli troppo deboli (i.e. ampiamente
sostituiti da tessuto fibro-adiposo) o muscoli
completamente normali (i.e. nessuna alterazione
patologica)
• Scegliere un muscolo con debolezza di grado
moderato (3+-4 MRC)
• Il muscolo deve essere esente da recenti traumi
(EMG) o da patologia concomitante
• Tricipite, bicipite all’arto superiore; quadricipite all’arto
inferiore
• Indicazioni particolari
PREPARAZIONE del CAMPIONE
• Si preleva un frammento di dimensioni adeguate per:
– Congelamento
•
•
•
•
Routine istopatologica
Immunoistochimica
Biochimica
RNA
– Microscopia elettronica
– Colture cellulari
• Il campione per il congelamento viene congelato in
isopentano raffreddato in azoto liquido e conservato
in ultra-freezer a -80° C.
ROUTINE ISTOCHIMICA ed
ISTOENZIMATICA
• Ematossilina ed eosina
• Tricromica di Gomori
• Enzimi ossidativi
– NADH-TR
– SDH
– COX
• ATPasi
– pH 4.3
– pH 9.4
• PAS
• ORO
• Fosfatasi acida
• Morfologia della fibra muscolare, elementi non
contrattili del muscolo, nervi, vasi, tessuto
connettivo, adiposo, nuclei, “strutture anomale”
nelle fibre muscolari (p.es. corpi nemalinici)
• Colorano differenzialmente i diversi tipi di fibra e
dimostrano alterazioni nella distribuzione dei mitocondri e
delle miofibrille
• Colorano differenzialmente i diversi tipi di fibra e
dimostrano alterazioni della innervazione
• Colora il glicogeno e gli altri polisaccaridi
• Colora i lipidi neutri
• Positiva in fibre necrotiche, o in membrane con trasporto
attivo
MIOPATIE
• Le miopatie sono un gruppo di malattie
geneticamente determinate che si
caratterizzano clinicamente per una
debolezza muscolare progressiva che
coinvolge i muscoli dei cingoli scapolare
e pelvico e spesso il muscolo cardiaco.
TRASMISSIONE LEGATA AL
CROMOSOMA X
DISTROFINOPATIE
• Distrofia muscolare di Duchenne (DMD)
• Distrofia muscolare di Becker (BMD)
• Portatrice di DMD/BMD
DISTROFINOPATIE
• Sono dovute a mutazioni nel gene DMD
che mappa sul braccio corto del
cromosoma X in p21 e che codifica per
una proteina chiamata distrofina
TRASMISSIONE DI UNA
MALATTIA LEGATA AL
CROMOSOMA X
gene DMD mutato
figlia portatrice
(50%)
figlio affetto
(50%)
DISTROFINA
•
•
•
Il piu’ grande gene umano
(2.700.000 bp)
10 volte piu’ grande di qualsiasi
altro gene
Espressione:
• muscolo scheletrico
muscolo liscio
• muscolo cardiaco
alcune popolazioni neuronali
•
•
•
Prodotto proteico: DISTROFINA
(427 kDa)
Componente del citoscheletro
Funzioni:
– conferisce stabilita’ alla
membrana muscolare durante lo
sforzo
– stabilizza le altre glicoproteine
associate alla membrana
•
Quantita’:
– 0.002% delle proteine muscolari
– 3% delle proteine di membrana
Distrofia muscolare di Duchenne
Epidemiologia,tasso di mutazione
• Interessa tutte le popolazioni
egulmente, elevato tasso di mutazione
spontanea
– 1/10.000 cellule uovo o spermatozoi hanno
mutazioni del gene per la distrofina de
novo
– 1/3.500 maschi nati vivi sono colpiti da
DMD
Distrofia muscolare di Duchenne
caratteristiche cliniche
• Periodo neonatale nella norma
• Ritardata l’acquisizione delle tappe motorie
• Esordio della debolezza muscolare
prossimale verso i 2-3 anni
• Debolezza e/o atrofia muscolare progressiva
• Perdita della deambulazione verso i 10-12
anni
• Prognosi basata sulla funzionalita’
respiratoria e cardiaca
Misurazione manuale della forza
muscolare M.R.C. (Medical Research
Council)
5
Normale
4
Movimento possibile
anche contro
resistenza, non
massimale
3
Movimento possibile
solo contro gravita’ ma
non contro resistenza
2
Movimento possibile
solo con gravita’
eliminata
1
Contrazione muscolare
senza movimento
0
Nessuna contrazione
Si assegna un
punteggio da 0 a 5 per
ogni muscolo testato
Protocollo di valutazione GSGC
1) MARCIA (GAIT)
1. Normale
2. Lievemente ancheggiante, in iperlordosi e/o sulle punte
dei piedi
3. Moderatamente ancheggiante, in iperlordosi e/o sulle
punte dei piedi
4. Severamente ancheggiante, in iperlordosi e/o sulle
punte dei piedi
5. Cammino possibile solo con assistenza (p.es. stampelle,
tutori di posizione, etec.)
6. Mantiene la stazione eretta, ma incapace di camminare
7. Confinato in sedia a rotelle
Tempo di percorrenza di 10 metri: .................sec.
2) SALIRE le SCALE (STAIRS)
1. Sale senza appoggio
2. Sale con la spinta di una mano sulla coscia
3. Sale con la spinta di entrambe le mani sulle coscie
4. Sale in posizione eretta ma con l’aiuto del corrimano
5. Sale con appoggio di entrambe le mani sul corrimano
6. Sale solo pochi gradini
7. Incapace di salire le scale
Tempo per salire 4 gradini: ……………..sec.
(Gait, Stair, Gowers, Chair)
3) DA SEDUTO AD ERETTO (GOWERS)
1. Normale
2. Solleva il bacino per primo, una mano sul pavimento
3. Solleva il bacino per primo, due mani sul pavimento
4. Si appoggia con una mano sulla coscia
5. Si appoggia con due mani sulle coscie
6. Si solleva solo con l’appoggio agli oggetti vicini (tavolo,
sedia, etc.)
7. Incapace di alzarsi da terra
Tempo per alzarsi da terra: ……………sec.
4) ALZARSI DA UNA SEDIA (CHAIR)
1. Normale
2. Su base allargata e/o difficolta’ ma senza appoggio
3. Con appoggio di una mano sulla coscia
4. Con appoggio di entrambe le mani sulle coscie
5. Con appoggio sulla sedia o oggetti vicini
6. Incapace di alzarsi
Tempo per alzarsi da una sedia: ……………..sec.
Distrofia muscolare di Becker
caratteristiche cliniche
• Esordio della debolezza muscolare
prossimale tra i 5-15 anni nelle
forme precoci, ma anche esordi
tardivi nella terza o quarta decade
ed oltre
• Debolezza e/o atrofia muscolare
progressiva
• Perdita della deambulazione dopo i
15 anni
• Fenotipo clinico estremamente
eterogeneo
• Prognosi basata sulla funzionalita’
respiratoria e cardiaca
Polimorfismo clinico nei pazienti
con BMD
•
•
•
•
•
IperCKemia, mialgie, crampi
Mioglobinuria, intolleranza all’esercizio
Miopatia dei quadricipiti
Miopatia ad esordio tardivo
Cardiomiopatia dilatativa X-linked
Dati ecocardigrafici in pazienti BMD
Correlazioni fra LVEDV e LVEF
ed eta’ dei pazienti BMD
CASO ISOLATO di DEFICIT di
FORZA PROGRESSIVO
ALGORITMO DIAGNOSTICO
Anamnesi ed esame neurologico
Esami generali: ↑ CPK
EMG: miopatico/neurogeno
BIOPSIA MUSCOLARE
(immunoistochimica, immunoblotting)
Analisi del DNA
Nei muscoli dei vertebrati la fosfocreatina
costituisce una riserva di gruppi fosfato che
possono esere trasferiti all’ATP.
fosfocreatina+ ADP + H+ → ATP + creatina
Enzima che catalizza la reazione =
creatina chinasi
Anamnesi ed
esame neurologico
Prelievo di sangue
Biopsia muscolare
DNA
PROTEINE
DIAGNOSI
Analisi proteica distrofinopatie
*
muscolo normale
muscolo DMD
distrofina normale distrofina assente
muscolo BMD
distrofina ridotta
C C C P C C C
distrofina
427 kDa
miosina
fibre “revertite”
(30% dei casi)
DISTROFIA DI DUCHENNE
ricerca di mutazioni nel gene per la distrofina
P1
P2
C
C
P1
45
48
8
50
6
49
51
43
44
47
52
P2
C
19
17
12
13
4
60
P1 deleto esone 51
P2 deleto esoni 48-52 compresi
Mutazioni del gene per la distrofina
•
•
Tipo di
mutazione
DMD
BMD
Delezione di uno
o piu’ esoni
65%
85%
Duplicazione di
uno o piu’ esoni
6-10%
6-10%
Mutazioni
puntiformi
25-30%
5-10%
2 hotspots: uno nel dominio rod (esoni 45-55) ed uno alla estremita’ 5’
(esoni 2-19)
Lo screening di 19 esoni identifica il 98% delle delezioni
GENE per la DISTROFINA
quadro di lettura
DP427 muscolo, neuroni
2
1
15
3
16
4
5
17
6
7
19
con
18
8
9
20
21
slittamento
10
11
12
23
22
24
13
14
25
26
DP260 retina
28
27
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
DP140 neuroni, rene
42
40
41
senza-slittamento
39
43
44
46
45
47
49
48
50
DP116 cellule di Schwann
52
51
54
53
55
56
58
57
60
59
61
DP71 – 45 universale
62
77
63
78
64
65
79
66
67
68
69
70
71 72
73
74
75
76
Mutazioni frame-shift e in-frame gene DMD
distrofina
sintrofina
nNOS
distrobrevina
α-actinina
Mutazioni frame-shift
actina
Mutazioni in-frame
C P P C P C
* *
distrofina
assente
Fenotipo severo DMD
C
*
distrofina di ridotta
aaaaaaquantita’ e/o
aaaaapeso
aaaaamolecolare
Fenotipo mite
BMD
DISTROFIA MUSCOLARE di
DUCHENNE
•
•
•
•
Miglioramento e mantenimento
della forza muscolare e funzione
muscolare
Prevenzione e gestione delle
deformita’ spinali
Gestione delle complicanze
respiratorie
Prevenzione e trattamento della
cardiomiopatia
FOLLOW-UP CLINICO nelle DISTROFINOPATIE
• Valutazione neurologica
• EKG, ecocardiogramma e visita
cardiologica
• Spirometria, emogas analisisi e visita
pneumologica
• Visita fisiatrica e cicli di FKT
• Valutazione nutrizionale
TRATTAMENTO delle DISTROFINOPATIE
• Mantenere la deambulazione (ortesi,
fisiatria, interventi chirurgici)
• Prevenire l’insufficienza respiratoria
(ventilazione non invasiva)
• Prevenire l’insufficienza cardiaca
(profilassi precoce con ACE inibitori)
• Trattamento farmacologico
Distrofia muscolare di Duchenne
perdita della deambulazione
19
17
Age at loss of ambulation
15
13
11
9
7
5
3
Natural history DMD
(n=85)
Steroid treated DMD
(n=41)
PORTATRICI di
DISTROFIA MUSCOLARE di DUCHENNE
• Il 90% delle portatrici di DMD e’ asintomatico
• Circa il 10% delle portatrici di DMD presenta segni
clinici di miopatia
Poche fibre distrofino-negative
Molte fibre distrofino-negative
INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X
“RANDOM”
cromosoma X con il gene per la distrofina normale
attivo in ~ 50% delle cellule
dysdys+
dys- dys+
dys+
dysdysdys+
dys+
dysdysdys+ dys+
dys- dysdys+
INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X
“SBILANCIATA”
Cromosoma X con il gene per
la distrofina normale
in ~ 100% delle cellule
dys+
dys+
dys+
dys+
dys+
dys+ dys+
dys+
dys+ dys+
dys+dys+
dys+
dysdysdys- dysdysdysdysdysdysdysdysdys-
portatrice
sintomatica
Cromosoma X con il gene per
la distrofina mutato
dysdysin ~ 100% delle cellule
dys-
sospetto di distrofia muscolare
biopsia muscolare
IF distrofina
assente
DMD
mosaico
DMD carrier
ridotta
normale
immunoblot
distrofina
ridotta
normale
BMD
LGMD?
LGMD
• Coinvolgono prevalentemente i muscoli
prossimali con risparmio dei muscoli
faciali, extraoculari e faringei
• Ampia sovrapposizione tra i vari quadri
clinici delle diverse LGMD →
eterogeneita’ clinica
• Mutazioni in numerosi geni causano
LGMD → eterogeneita’ genetica
Distrofie muscolari dei cingoli autosomiche dominanti (LGMD1)
LGMD
INHERITANCE LOCUS
PROTEIN
LGMD1A
AD
5q
myotilin
LGMD1B
AD
1q11
LGMD1C
AD
3p
caveolin
LGMD1D
AD
6q22
-
LGMD1E
AD
7q
-
LGMD1F
AD
7q
-
LGMD1G
AD
4p21
-
lamin A/C
Distrofie muscolari dei cingoli autosomiche recessive (LGMD2)
LGMD
LGMD2A
LGMD2B
LGMD2C
LGMD2D
LGMD2E
LGMD2F
LGMD2G
LGMD2H
LGMD2I
LGMD2J
LGMD2K
LGMD2L
LGMD2M
LGMD2N
INHERITANCE LOCUS
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
15q
2p
13q
17q
4q
5q
17q
9q
19q
2q31
9q34
9q31
1p34
14q24
PROTEIN
calpain-3
dysferlin
γ-sarcoglycan
α-sarcoglycan
β-sarcoglycan
δ-sarcoglycan
telethonin
TRIM32
FKRP
titin
POMT1
FKTN
POMGnT1
POMT2
LGMD2D
Chr. 17q12-21
LGMD2C
Chr. 13q12
LGMD2E
Chr. 4q12
LGMD2F
Chr. 5q33-34
DMD/BMD
Chr.Xp21
LGMD1C
Chr.3p
FKRP
LGMD2B
Chr.2p
LGMD2A
Chr.15q
LGMD2I
Chr 19q13.3
LGMD1B
Chr.1q
Calpainopatie (LGMD2A)
•
•
•
•
•
Esordio clinico usualmente entro le prime decadi
Coinvolgimento del cingolo scapolare all’esordio (forma di Erb) o del cingolo
pelvico con risparmio degli abduttori delle coscie;
Ipotrofia muscolare e scapola alata frequenti;
Contratture dei tendini di Achille all’esordio;
Insufficienza respiratoria
Disferlinopatie (LGMD2B)
LGMD
•
•
•
•
Esordio nell’eta’ giovanile
Lentamente progressiva
Esordio nei muscoli prossimali del
cingolo pelvico
Risparmio dei muscoli della loggia
anteriore della gamba e dei muscoli
distali degli arti
Miopatia distale (miopatia di Miyoshi)
•
•
•
•
Esordio nella vita adulta
Precoce coinvolgimento del
gastrocnemio (impossibilita’ a
camminare sulle punte dei piedi)
Ipotrofia distale arti inferiori
Frequente progressione ai muscoli
prossimali ed al cingolo scapolare
Sarcoglicanopatie (LGMD2C-F)
• Esordio clinico variabile (dall’infanzia alla vita adulta)
• Coinvolgimento del cingolo pelvico maggiore del
cingolo scapolare;
• Ipertrofia dei polpacci comune;
• Variabile progressione: da molto severa (DMD-like) a
molto mite;
• Coinvolgimento cardiaco (LGMD2E-2F) e respiratorio
frequenti
LGMD2I
•
•
•
•
•
Esordio clinico variabile (dall’infanzia alla vita adulta)
Coinvolgimento del cingolo pelvico e cingolo scapolare;
Ipertrofia dei polpacci e della lingua comune;
Variabile progressione nella LGMD2I: da molto severa (DMD-like) a molto mite;
Cardiomiopatia dilatativa ed insufficienza respiratoria comuni nella LGMD2I
ISTOPATOLOGIA
severa
moderata
mite
Pattern distrofico o miopatico di variabile severita’
Il fenotipo clinico e la patologia muscolare sono
aspecifiche
CARATTERIZZAZIONE MOLECOLARE
Distrofie muscolari dei cingoli autosomiche dominanti (LGMD1)
LGMD
INHERITANCE
CHROMOSOME
PROTEIN
LGMD1A
AD
5q
myotilin
LGMD1B
LGMD1C
AD
AD
1q11-21
3p
lamin A/C
caveolin
LGMD1D
AD
6q22
-
LGMD1E
LGMD1F
AD
AD
7q
7q
-
LGMD1G
AD
4p21
-
Distrofie muscolari dei cingoli autosomiche recessive (LGMD2)
LGMD
INHERITANCE
CHROMOSOME
PROTEIN
LGMD2A
AR
15q
calpain-3
LGMD2B
AR
2p
dysferlin
LGMD2C
AR
13q
γ-sarcoglycan
LGMD2D
AR
17q
α-sarcoglycan
LGMD2E
AR
4q
β-sarcoglycan
LGMD2F
AR
5q
δ-sarcoglycan
LGMD2G
AR
17q
telethonin
LGMD2H
AR
9q
TRIM32
LGMD2I
AR
19q
FKRP
LGMD2J
AR
2q31
titin
LGMD2K
LGMD2L
AR
AR
9q34
9q31
POMT1
fukutin
III-20 control
237 kDa
Dysferlin -> LGMD2B
94 kDa
Calpain -> LGMD2A
50 kDa
α-sarcoglycan
myosin
-> LGMD2D
α-sarcoglycan LGMD2D
γ-sarcoglycan
LGMD2C
β-sarcoglycan LGMD2E
telethonin
LGMD2G
Laminin α2
α-dystroglycan
Control
III-20
LGMD2I/2K/2L
ALGORITMO DIAGNOSTICO
Anamnesi ed esame neurologico
Esami generali: ↑ CPK
EMG: miopatico/neurogeno
BIOPSIA MUSCOLARE
(immunoistochimica, immunoblotting)
Analisi del DNA
Un approccio pratico alle distrofie muscolari
Storia ed esame obiettivo:
Esami generali:
↑ CPK
Distrofia muscolare
Biopsia muscolare
Distrofia/miopatia Miopatia infiammatoria
Atrofia neurogena
BIOPSIA MUSCOLARE
Analisi immunoistochimica ed immunoblotting delle proteine
coinvolte nelle distrofie muscolari
Analisi genetica
Coinvolgimento dei muscoli mimici
DISTROFIA FACIO-SCAPOLO-OMERALE
(FSH)
Distribution of predominant muscle weakness
in different types of dystrophy
DMD/BMD
FSH
LGMD
Lancet 2002; 359: 687-695
FSHD
• Autosomica Dominante (10% nuove
mutazioni, 45% mosaicismo germinale)
• Prevalenza 1: 20,000
• Penetranza incompleta:
– 83% all’eta’ di 30 anni (piu’ alta nei maschi
(95%) che nelle femmine (69%)
• Non-penetranza: inferiore al 2% dopo i 50
anni
FSHD
• Esordio: M=16 anni F=20 in media, ma
possibile dalla prima alla sesta decade
• Variabilita’ intra ed interfamiliare (nei casi
familiari fino al 40% delle femmine ed al 20%
dei maschi possono essere asintomatici)
FSHD
• Esordio:
– Debolezza muscolare a carico di:
• Muscoli facciali (anche asimmetricamente)
• Muscoli del cingolo scapolare
• Muscoli estensori dei piedi (piede cadente)
• Progressione della debolezza muscolare
– Muscoli addominali
– Muscoli estensori dei piedi
– Muscoli del cingolo scapolare (deltoide
risparmiato)
– Muscoli del cingolo pelvico
FSHD
• Sintomi associati:
– Difetti di conduzione (p.es. blocco di branca) (5%)
– Scoliosi
– Contratture infrequenti, tranne che alla tibiotarsica
– Petto excavatus (5%)
– Perdita dei toni alti all’audiogramma (75%)
– Vasculopatia retinica (teleangectasie e
microaneurismi capillari) (60%)
– Sindrome di Coat rara (larghi essudati ed
emorragie) (1%)
Vasculopatia retinica
teleangectasie e microaneurismi capillari
FORMA INFANTILE
Circa il 2-4% di tutti i casi di FSH.
Esordio della debolezza facciale prima dei 5 anni
(difficoltà a dormire con gli occhi completamente
chiusi, difficoltà a sorridere) e della debolezza al
cingolo scapolare prima dei 10 anni.
Severa e diffusa debolezza che coinvolge anche il
cingolo pelvico, raramente asimmetrica.
10-20% dei casi perdono la deambulazione, di solito
prima dei 15 anni
Possibile ritardo mentale, epilessia, coinvolgimento
cardiaco, sordità, vasculopatia retinica.
Frammento D4Z4 di piccole dimensioni (genitori
lievemente affetti o mosaici)
DISTROFIA FACIO-SCAPOLO-OMERALE (FSH)
basi molecolari
•
•
•
•
Linkage sulla regione subtelomerica del cromosoma 4 (4q35)
Nella regione telomerica del cromosoma 4 e 10 è localizzata una
sequenza polimorfica di DNA detta D4Z4, costituita da unità ripetute in
tandem della dimensione ciascuna di 3.3 kb
Il numero di “repeats” varia da 11 a 150 nei controlli, rendendo le
dimensioni del frammento variabili da 35 a 300 kb (11 o piu’ D4Z4
repeats).
Patologico: meno di 35 kb, meno di 11 D4Z4 repeats
(D4Z4)n
cen
(
D4Z4
D4Z4
D4Z4
D4Z4
D4Z4
cromosoma 4q35
D4Z4
D4Z4
D4Z4
)n
tel
DISTROFIA FACIO-SCAPOLOOMERALE (FSH)
(D4Z4)n = range normale oltre a 11 sequenze ripetute (frammenti
superiori alle 50 Kb)
MUTAZIONE: sequenze D4z4 inferiori a 11 (frammenti inferiori alle 38
Kb)
→ ANTICIPAZIONE non su base genetica (frammento stabilmente
trasmesso)
Goto et al; Neuromusc Disord 2006; 16:256-261
CORRELAZIONI GENOTIPO-FENOTIPO
C’è una correlazione tra l’ampiezza del frammento D4Z4 e
l’età di esordio e di perdita di deambulazione.
Solitamente, tanto più piccolo è il frammento, tanto peggiore è
il fenotipo.
da 1-3 repeats (<10 kb): forma severa
da 4 a 7 repeats (10-23 kb): forma classica
da 8 a 10 repeats (23-35 kb): forma lieve o asintomatica
MECCANISMI PATOGENETICI
• Compromissione della struttura del gene FSH localizzato
nelle sequenze D4Z4 (zona ricca di CG -> homodomain
gene DUX)
• Controllo trascrizionale di geni “vicini” alle sequenze
D4Z4 (effetto posizionale) (FRG1, ANT1, PDLIM3)
• Delezione di un silenziatore trascrizionale localizzato in
D4Z4 che comporta la sovraespressione nel muscolo di
pazienti affetti da FSH di geni localizzati
centromericamente alle sequenze D4Z4 in 4q35 (un
“interruttore” genetico che non funziona lascia acceso un
gene che normalmente dovrebbe restare spento).
MIOTONIE
MIOTONIA:
ALTERATO RILASCIAMENTO
MUSCOLARE DOPO
CONTRAZIONE MUSCOLARE
PROTRATTA
Electromyography Myotonia
A
WT
Mutant
1 mV
0.5 s
B
1 mV
Courtesy of Lawrence J. Hayward
0.1 s
Myotonic Signs
• Eyelid myotonia after squinting
• Lid lag myotonia after sustained upgaze
• Percussion myotonia
Classificazione delle miotonie
• Miotonina protein kinasi (DM1)
– Distrofia miotonica tipo 1 (AD)
• Zinc finger protein 9 (DM2)
– Distrofia miotonica tipo 2 (DM2) (AD)
• Canale del cloro
– Miotonia congenita di Thomsen (AD)
– Miotonia congenita di Becker (AR)
• Canale del sodio
– Paramiotonia congenita
– Miotonia aggravata dal potassio
MIOTONIA
Distrofia
miotonica
(DM1)
DMPK
Distrofia Miotonia Miotonia
miotonica Congenita di Becker
(DM2)
ZNF9
Miotonia Paramiotonia
aggravata dal Congenita
Potassio
Canale del Canale del
Canale del
Cl- (CLCN1) Cl-(CLCN1) Na+ (SCN4A)
Canale del
Na+ (SCN4A)
EPIDEMIOLOGIA delle DM
• DM1
– Incidenza: 13 : 100,000
– Prevalenza: 2-5 / 100,000
DISTROFIA MIOTONICA tipo 1
o Distrofia miotonica di Steinert
• Pleiotropismo →
coinivolgimento di piu’ organi
DISTROFIA MIOTONICA (DM1)
•
•
Miotonia (alterato rilasciamento muscolare)
Debolezza muscolare e atrofia
– Muscoli mimici, temporali, muscoli distali dell’avambraccio, muscoli
dorsiflessori del piede
•
•
•
•
•
Cataratta
Calvizie precoci
Cardiomiopatia (difetti di conduzione, iniziali;
cardiomiopatia dilatativa tardiva)
Atrofia gonadica, altri disturbi endocrinologici
Deficit cognitivo fino alla demenza
DISTROFIA MIOTONICA di TIPO 1
Christmas tree cataract
PROFILO NEUROCOGNITIVO
• La popolazione DM1 è estremamente
eterogenea.
• Nel complesso non si evidenzia un
significativo deficit cognitivo, con QI medio
ancora nella norma.
• I singoli test documentano:
• deficit di funzione frontale;
• deficit di abilità visuo-spaziali.
DISTROFIA MIOTONICA CONGENITA
• Trasmissione per via materna (la madre ha spesso un
fenotipo mite o subclinico -> anticipazione)
• Assenza di miotonia nelle forme congenite (puo’
comparire dopo i 2-3 anni)
• Caratteristiche cliniche pre-, post-natali
–
–
–
–
–
–
Idrope fetale
Ipotonia
Distress respiratorio
Debolezza muscoli facciali
Difficolta’ nella deglutizione
Piede torto e/o contratture multiple
• Caratteristiche cliniche durante l’infanzia
–
–
–
–
Dismorfia facciale
Ritardo tappe psico-motorie
Ritardo nell’acquisizione del linguaggio
Ritardo mentale
DISTROFIA MIOTONICA: 19q13.3
(autosomica dominante)
• Gene responsabile: DMPK
• Proteina: DMPK (serin-treonin kinasi)
ATG
1 2
3
5’ UTR
14 kb gene; 2.3 kb mRNA
4
5
6 7 8
9
10
11 12 13 14
TAG
15
(CTG)n
3’ UTR
DISTROFIA MIOTONICA (DM1)
(CTG)n = range normale 3-37; Eterozigosita’: 0.75%
MUTAZIONE > 50 (CTG)n
→ instabilita’ meiotica e mitotica
normale
DM1
→ ANTICIPAZIONE
Classe E1 = 50-200 (CTG)n
Classe E2 = 200-1,000 (CTG)n
mosaico somatico
Classe E3 = > 1,000 (CTG)n
* ** * ** * * *
Bonifazi, E. et al. Clin Chem 2006;52:319-322
1,300(CTG)n
80 (CTG)n
Diagn Mol Pathol 1998 7:135-137
Am J Med Genet 1996; 65: 342-347
DISTROFIA MIOTONICA di TIPO 1
(DM1)
Fenomeno dell’anticipazione
DM1:
IPOTESI PATOGENETICHE
•
Effetto dominante negativo dell’RNA:
↓
•
i trascritti che contengono la sequenza ripetuta CUG si
accumulano come inclusioni ribonucleiche nel nucleo (foci di
RNA)
↓
•
Alterazione dell’attivita’ di numerose proteine che legano l’RNA
(RNA binding protein)
↓
•
Splicing alternativo e funzione anomala di numerosi geni target
↓
•
L’effetto tossico è proporzionale all’entità dell’espansione:
più mRNA-CUG Æ più tossicità
Iter diagnostico
• EMG: miopatia e miotonia
• ECG: difetti di conduzione
• Biopsia muscolare: ipotrofia di fibre di tipo I
con nuclei centrali e masse sarcoplasmatiche o
aggregati tubulari
• Genetica:
malattia autosomica dominante con
variabilita’ clinica
ISTOPATOLOGIA DM1
SDH: Ipotrofia delle fibre di tipo I (scure).
H&E: Nuclei centrali e
polidimensionalismo fibrale.
ISTOPATOLOGIA DM1
H&E
H&E
•
•
•
•
NADH
Polidimensionalismo fibrale
Nuclei centrali
Fissurazioni citoplasmatiche
Aggregati tubulari
DISTROFIA MIOTONICA tipo 2
o PROMM
• Pleiotropismo →
coinivolgimento di piu’ organi
DISTROFIA MIOTONICA di TIPO 2
– DM2 mappa su 3q21; causata da una
espansione di una (CCTG)n nel primo
introne della proteina zinc finger 9 (ZNF9)
DISTROFIA MIOTONICA (DM2)
•
•
•
•
•
Miotonia (alterato rilasciamento muscolare)
Debolezza muscolare prossimo>distale e
ipertrofia dei polpacci
Ipotrofia associata a miotonia
Cataratta
Cardiomiopatia (difetti di conduzione, aritmie;
cardiomiopatia dilatativa)
•
•
•
Atrofia gonadica, altri disturbi endocrinologici
Ridotta tendenza all’anticipazione
Elevata eterogeneita’ somatica
ATG
TAG
1
23 4
5
(CCTG)n
5’ UTR
11.3 kb gene; 1.5 kb mRNA
3’ UTR
Gene ZNF9; cromosoma 3q21.3
DISTROFIA MIOTONICA (DM2)
(TG)n (TGTG)n (CCTG)n = range normale fino a 26
MUTAZIONE (CCTG)n : da 75 a 11,000 (CCTG)n (in media circa 5,000)
→ instabilita’ somatica e
intergenerazionale
Eterogeneita’
somatica
Eterogeneita’
in gemelli
DM2
C. L. Liquori et al., Science 293, 864 -867 (2001)
Eterogeneita’
nel tempo
controllo
DM1
C. L. Liquori et al., Science 293, 864 -867 (2001)
ISTOPATOLOGIA DM2
H&E: Polidimensionalismo fibrale e
rari nuclei centrali
ATPasi 9.4: Atrofia prevalente delle
fibre di tipo II
SDH: Agglomerati di nuclei picnotici
DM1
DM2
• Distribuzione ipostenia
–
–
–
–
facciale, extraoculare
distale agli arti
prossimale agli arti
atrofia muscolare
• Dolore muscolare
• sistema nervoso centrale
–
–
–
–
ritardo mentale
ipersonnia
atrofia cerebrale
lesioni della sostanza bianca
• malattie congenite
• anticipazione genetica
++
++
+
++
+
+
++
+
-
+
+
++
+
+
?
+
++
-
MIOTONIA CONGENITA
MIOTONIA
Distrofia
miotonica
(DM1)
DMPK
Distrofia Miotonia Miotonia
miotonica Congenita di Becker
(DM2)
ZNF9
Miotonia Paramiotonia
aggravata dal Congenita
Potassio
Canale del Canale del
Canale del
Cl- (CLCN1) Cl-(CLCN1) Na+ (SCN4A)
Canale del
Na+ (SCN4A)
Canale del cloro muscolo
scheletrico voltaggio-dipendente
CLCN1
Canale del cloro (CLCN1)
• Ridotta conduttanza al cloro nelle
cellule muscolari → ipereccitabilita’
della membrana (alterata
ripolarizzazione)
• Il canale del cloro e’ un omodimero.
Ciascuna subunita’ forma un poro.
Le mutazioni recessive agiscono
con un meccanismo di “loss of
function”, mentre le mutazioni
dominanti agiscono con effetto
“dominant-negative”
MIOTONIE CONGENITE
• Caratterizzate da “senso di rigidita’” muscolare
prevalente a carico degli arti inferiori
• Miotonia piu’ evidente quando il movimento
massimale avviene dopo il riposo
• Fenomeno del “warming-up” (rigidita’ muscolare che
migliora dopo un esercizio ripetuto)
• Ipertrofia muscolare
• Nelle forme recessive (miotonia di Becker) l’esordio
e’ piu’ tardivo, la miotonia e’ piu’ grave e si possono
associare a miopatia tardiva
Clinical Diagnosis of The Skeletal Muscle Chloride Ion Channelopathies
Inheritance
Genetic defect
Thomsen’s Disease
Becker’s Myotonia
autosomal dominant (AD)
autosomal recessive (AR)
loss-of-function and dominant-negative mutations in the skeletal muscle voltage-gated
chloride channel gene (CLCN1– Chr 7q35)
Age of onset
infancy to early childhood
late childhood to early teens
Areas affected
legs and hands
most muscles including facial muscles
Muscle hypertrophy
legs and trunk
legs
Lid lag
yes
yes
Grip myotonia
yes
yes
Percussion myotonia
yes
yes
EMG myotonia
yes
yes
Muscle weakness
no
yes
Severity
minimal to mildly affected
Provocative stimuli
prolonged rest, initiation of movement, or maintenance of the same posture
Warm-up phenomenon
Therapy
yes
moderate to severely affected
yes
mexiletine, quinine, procainamide, phenytoin
Canale del sodio voltaggiodipendente muscolo scheletrico
SCN4A
Membrane Topology of Voltage-Gated Sodium Channels
•
•
The sodium channel Nav1.4 is made up of a
principal pore forming and voltage sensitive
subunit (α subunit) associated with an accessory
β1 subunit.
Mutations in sodium channel diseases are in the
α subunit of Nav 1.4 encoded by the gene
SCN4A located on chromosome 17q23-25
P-loop
Inactivation gate
Frances M. Ashcroft. Ion Channels and Disease. Academic Press. 2000: 70
Gating Properties of Voltage-Sensitive Sodium Channel
SCN4A mutations cause a disruption of
fast inactivation
(gain of function mutations)
↓
Channel re-openings and Na+
accumulation
↓
Louis Ptacek. Am J Med 104:62, 1998
•
•
Depolarization of muscle cells and
generation of repetitive action
potentials
Mild depolarization → long lasting hyperexcitability → MYOTONIA
Strong depolarization → general opening of the the Na+ channel →
PARALYSIS
Paramiotonia Congenita
•
Von Eulenburg A (1886) Über eine familiare, durch 6 generationen
verfolgbare form congenitaler paramyotonie. Neurologisches
Centralblatt 12: 265-272
• Autosomica dominante con elevata
penetranza
• Esordio infantile
• Miotonia paradossa
• Stifness muscolare indotta dal freddo seguita
da debolezza muscolare/paralisi
Clinical Diagnosis of The Skeletal Muscle Sodium Ion Channelopathies
Paramyotonia Congenita
(PC, PMC)
Inheritance
autosomal dominant (AD)
Potassium-Aggravated Myotonia
(PAM)
autosomal dominant (AD)
Genetic defect missense mutations in the skeletal muscle voltage-gated sodium channel a-subunit gene (SCN4A—Chr 17q23-25)
Age of onset
infancy to early childhood
Areas affected
facial, pharyngeal, distal
early childhood to second decade
facial muscles, limbs
upper extremity muscles
Attack duration
variable
variable
Paralysis severity
usually mild
never
Myotonia severity
mild to moderate
mild to severe
Myopathy
very rare
Provocative stimuli
cold, exercise,
oral potassium
Therapy
acetazolamide, mexiletine,
rare
oral potassium
oral potassium, rest after exercise
acetazolamide, mexiletine
tocainide, hydrochlorothiazide
Animal model
Note
N/A
N/A
myotonia fluctuans
myotonia permanens
acetazolamide-responsive myotonia
painful myotonia