Malattie cerebrovascolari
• Rappresentano la terza causa di morte nei paesi
sviluppati dopo le malattie cardiovascolari e le malattie
neoplasiche, con una prevalenza di 794 casi per
1000.000.
• Sono rappresentate da processi patologici che
coinvolgono i vasi sanguigni cerebrali (con processi
intrinseci al vaso come nell’aterosclerosi, nella
lipoialinosi, nell’infiammazione, nella deposizione di
sostanza amiloide, nella dissecazione arteriosa, nelle
alterazioni
dello
sviluppo,
nella
dilatazione
aneurismatica, nella trombosi venosa, o può originare in
altra sede come nella trombosi o nella embolia, da una
riduzione della pressione perfusionale o da un aumento
della viscosità ematica.
Ictus cerebrale
• L’ictus è un danno neurologico acuto
risultante da uno dei suddetti processi
patologici, che si manifesta sia come
infarto cerebrale che come emorragia.
• Circa l’80% degli ictus è dovuto ad
ischemia cerebrale ed il restante 20% ad
emorragia cerebrale.
• La premessa per una corretta terapia è la
diagnosi corretta.
Ictus cerebrale su base ischemica
• Trombosi: sono preannunciati nel 50-70%
dei pazienti da sintomi transitori, TIA, o da
un quadro minore
• Embolia: Sono generalmente improvvisi,
ma possono anche presentarsi con
sintomi discontinui e fluttuanti.
Malattie aterotrombotica dei grossi
vasi e malattia cerebrovascolare
Circolo di Willis
Localizzazioni tipiche delle placche
aterosclerotiche nella circolazione
anteriore
Fisiopatologia e sindromi cliniche di infarto
carotideo e attacchi ischemici transitori
Ictus embolico carotideo arteroarterioso
Fattori di rischio dell’ictus
• Fattori di rischio non modificabili
• Fattori di rischio modificabili
Fattori di rischio non
modificabili
• Età: l’incidenza dell’ictus sale in modo
esponenziale con l’età e la maggior parte
degli
ictus
si
ha
in
persone
ultrasessantacinquenni
• Incidenza maggiore nei soggetti di sesso
maschile
• Razza/etnia
• Familiarità
• Genetica
Fattori di rischio
modificabili
• Ipertensione (antiipertensivi, dieta)
• Cardiopatia (antiaggreganti piastrinici)
• Fibrillazione
atriale
(anticoagulanti,
antiaritmici)
• Diabete mellito (controllo glicemico)
• Ipercolesterolemia (farmaci ipolipemizzanti,
dieta)
• Inattività fisica (esercizio abituale)
Fattori di rischio
modificabili
• Fumo (sospensione)
• Forte consumo di alcool (riduzione della
quantità)
• Stenosi
carotidea
asintomatica
(antiaggreganti piastrinici, endoarteriectomia)
• Attacco ischemico transitorio (antiaggreganti
piastrinici, endoarteriectomia, anticoagulanti)
Fattori di rischio potenziali
•
•
•
•
Emicrania
Uso di contraccettivi orali
Tossicodipendenza
Russamento
Fattori di rischio potenziali
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Alterazioni dell’ematocrito
Policitemia
Anemia falciforme
Leucocitosi
Iperfibrinogenemia
Iperuricemia
Iperomocisteinemia
Deficit proteina C ed S
Lupus anticoagulante
Anticorpi anticardiolipina
Genetica dell’Ictus
C’è una certa predisposizione genetica all’ictus.
Esistono inoltre numerose malattie monogeniche che
si manifestano con un quadro clinico di ictus, ad
esordio generalmente più precoce, e ad evoluzione
più grave.
Tali malattie, che rappresentano una causa genetica
diretta di ictus, essendo rare, hanno una scarsa
influenza sulla epidemiologia dell’ictus ischemico, ma
rappresentano un interessante modello di studio e
devono essere prese in considerazione nella
diagnosi differenziale soprattutto delle forme più
precoci.
36% of cases reported a
family history of stroke in
Mexican-American
Patients
Lisabeth LD et al
Neuroepidemiol 24:96-102, 2005
Evaluation of the interactions
of common genetic
mutations in stroke
• More 110 heritable disorders
• More than 175 genetic loci
• More than 2050 unique mutations
predisposing to stroke
Recent Polymorphisms Studied in Cerebrovascular Disease
Gene/Protei
FactornXIII
Stroke Type
ACE
Leukoaraiosi
I/D
s
Stroke
4G/5G I/D
PAI-1
ICH
Polymorp Association
Val34Leu
No
Signif
—
Refe
r
19
Yes, for
DD
No
0.02
20
—
21
NOTCH3
Stroke
T6748C
No
—
7
ANP
Stroke
G664A
No
—
22
Lacunar
G(-174)C
Yes
0.03
23
Interleukin-6
ICH indicates intracerebral hemorrhage; I/D, insertion, deletion
polymorphism; PAI-I, plasminogen activator inhibitor-I; ANP, atrial
natriuretic peptide.
Recent Polymorphisms Studied in Cerebrovascular Disease
Gene/Protei
n
Paraononas
Stroke Type
Polymorp
Association
Ischemic
Q192R,
L55M
Yes, 192R
e4
Yes
0.003
14
CD14
SAHoutcome
Stroke
C(-260)T
No
—
13
CD18
Stroke
codon 441
No
—
13
Fibrinogen-ß
Ischemic
stroke
A(-445)G
Yes, men
only
0.02
25
Lipoprotein
lipase
Ischemic
stroke
S291,
X447
Yes, X447,
men only
0.01
26
Stroke
mt5178C/
A
Yes
<0.01
27
e
ApoE
Mitochondria
l
Signif Refe
r
0.001 24
META-ANALYSIS OF GENETIC STUDIES IN
ISCHEMIC STROKE: THIRTY-TWO GENES
INVOLVING APPROXIMALY 18,000 CASES
AND 58,000 CONTROLS
Casas JP et al
Arch. Neurol 61: 1652-61, 2004
Statistically significant association with
Factor
V
Leiden
Arg506Gln,
MTHFreductase
C677T,
protrombin
G2021A and angiotensin converting
enzyme insertion/deletion
Evaluation of the interactions of
common genetic mutations in
stroke
• Leiden V
• Methylenetetrahydrofolate reductase
677TT
• Angiotensin converting enzyme
• Apolipoprotein E 4 (?)
New advances in identifying
genetic anomalies in strokeprone probands
Meschia JF, Worral BB
Curr Neurol Neurosci Rep 4: 420-6,
2004
In a landmark Iceland study, linkage
was established between stroke and
a locus on chromosome 5q12,
designated STRK1
Drug-gene interaction
between genetic
polymorphisms and
antihypertensive therapy
Schelleman H et al
Drugs 2004; 64: 1801-16
Fattori di rischio per ictus ischemico
Fattori modificabili
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ipertensione arteriosa
Attacco ischemico transitorio o precedente ictus
Soffio carotideo asintomatico / stenosi
Malattia cardiaca
Ateromatosi dell’arco aortico
Diabete mellito
Dislipidemia
Fumo di sigaretta
Consumo di alcool
Fibrinogeno aumentato
Elevata Omocisteinemia
Livelli di folati ridotti
Elevati livelli di anticorpi anticardiolipina
Contraccettivi orali
Obesità
Sintomi suggestivi di TIA carotideo
• Cecità transitoria monoculare (amaurosi fugax)
• Ipostenia o impaccio dell’emisoma controlaterale
• Perdita della sensibilità o parestesie all’emisoma
controlaterale
• Afasia con interessamento dell’emisfero
dominante
• Vari gradi di deficit dell’emicampo visivo
omonimo conrolaterale
• Disartria (non isolata)
Sintomi suggestivi di TIA
vertebrobasilare
• Ipostenia
bilaterale,
ma
può
essere
monolaterale o alternante
• Ipoestesia bilaterale, variabile o crociata
(emivolto
omolaterale
ed
emisoma
conrolaterale)
• Deficit del campo visivo bilaterale o perdita della
visione binoculare
• Due o piu’ dei seguenti sintomi: vertigine,
diplopia, disfagia, disartria e atassia
Malattia lacunare
Campione patologico che mostra un infarto
lacunare multiplo nei gangli della base e nella
sostanza bianca subcorticale
Embolia cerebrale
Sezione macroscopica del cervello
che mostra un vecchio infarto del
territorio dell’arteria cerebrale media
(ACM) sinistra
Scansione
di
tomografia
computerizzata che mostra un
grosso infarto del territorio
dell’ACM destro
Valutazione dell’ictus embolico
Fonti emboliche
Fonti cardiache di ictus embolico
Vasculiti del sistema nervoso
centrale
Tipi di vasculite
Classificazione delle vasculiti
cerebrali
Cause ematologiche di malattie
cerebrovascolari
Condizioni di ipercoagulabilità
Cause
ematologiche di
malattie
cerebrovascolari
Possibili applicazioni
degli studi sulle
alterazioni della
coagulazione
Fonti di cardioembolismo
Stati di ipercoagulabilità
Cause sindromi ischemiche del
midollo spinale
Indagini strumentali
•
•
•
•
•
•
•
Ecocolor doppler dei vasi
TAC
RM
AngioRM
Angiografia cerebrale
SPECT
PET
Ictus acuto: valutazione e
management
Scopo della valutazione e del management
dell’ictus acuto
Grado e durata dell’ischemia
Ictus acuto: valutazione e
management
Sindrome da icuts iperacuto
Trattamento dell’ictus ischemico
acuto
• Misure generali mirate alla prevenzione ed al
trattamento delle complicanze
• Strategie
di
riperfusione
dirette
alla
ricanalizzazione dell’arteria
• Strategie citoprotettive mirate a target cellulari e
metabolici
• Limitazione dei processi infiammatori associati
all’ischemia cerebrale
Trattamento dell’ictus ischemico
acuto
• Terapia antiedemigena
• Terapia con eparina
• Terapia trombolitica (terapia con attivatore
tissutale del plasminogeno per via endovenosa
entro le 3 ore migliora la prognosi)
• Terapia antiaggregante
• Terapia preventiva delle complicanze
Terapia preventiva dell’ictus
• Antiaggreganti piastrinici
• Anticoagulanti orali
• Correzione delle stenosi carotidee:
- Endoarteriectomia
- Applicazione di stent
Recupero nell’Ictus
Range di disabilità dopo ictus
Studi del recupero della funzione motoria
dopo emiplagia
Emorragia intracerebrale
(cause)
• Ipertensione
• Farmaci
(terapia
anticoagulante
e
fibrinolitica,
amfetamine, efedrina, fenilpropanolamina, cocaina, etc)
• Malformazioni vascolari (aneursimi, malformazioni
arteriovenose, angiomi cavernosi)
• Tumori intracranici
• Traumi
• Angiopatia amiloidea cerebrale
• Angioite granulomatosa del SNC ed altre vasculiti come
la poliarterite nodosa
• Infarto emorragico
Emorragia cerebrale
(Terapia)
•
•
•
•
Controllo dell’ipertensione
Prevenzione convulsione
Terapia antiedema
Terapia chirurgia (ematomi estesi)
Differenze tra emorragia
intracerebrale e infarto emorragico
Scale di Hunt e Hess e della World
Federation Neurological Surgeons
Cause non ipertensive di emorragia
intracerebrale
Riabilitazione dello stroke
Negli ultimi 12 anni, le basi empiriche per le
pratiche riabilitative si sono sviluppate
parallelamente all’ incremento di conoscenze
scientifiche sui meccanismi di base del
controllo
motorio,
nella
conoscenza,
dell’apprendimento
e
della
memoria,
portando ad un miglioramento dei metodi per
interventi terapeutici precoci e tardivi capaci
di ridurre le menomazioni fisiche e psichiche
Neurobiological rehabilitation strategies (approaches that
manipulate brain processes and behaviours)
1. Restitution of activity in neurons and networks
associated with internal biological events—eg, gene
expression and resolution of detrimental conditions
such as oedema, heme toxicity, calcium and sodium
ionic fluxes, diminished neurotransmitter release,
and transynaptic failure in regions remote but
connected to damaged neurons (diaschisis)
2. Extrinsic activity-induced adaptations in partly
spared networks within a distributed system for
motor and cognitive function, elicited by practice
that is progressive and motivating and drives
synaptic activity for learning
Neurobiological rehabilitation strategies (approaches that
manipulate brain processes and behaviours)
3. Extrinsic
pharmacological
replacement
of
neurotransmitters from interrupted cortical
projections by use of neuromodulators and
molecules that improve synaptic efficacy and longterm potentiation or activate gene expression for
growth of dendritic sprouts and spines
4. Endogenous
and
exogenous
biological
manipulations
of
gene
expression,
axon
regeneration, axon guidance, dendritic sprouting,
synaptogenesis, and cell replacement
Steps for motor learning after
stroke
1. Progressively train components of goal-oriented,
skilled movement tasks
2. Reinforce behaviour by a specified learning
framework
3. Optimise
kinematic,
force,
acceleration,
directional,
and
temporal
sensorimotor
components of movement for feedback into the
sensorimotor network
4. Repetitive practice under varying conditions for
procedural or episodic learning
5. Evolution of neuronal representational maps for skilled
movement by unmasking of latent synapses and
recruitment of areas needed when task difficulty increase
6. Greater neuronal membrane excitability and synaptic
efficacy of connections within related primary and
secondary sensorimotor cortices and spinal motor pools
7. Morphological changes in dendritic branches and spines
associated with long-term potentiation and long-term
depression
8. Adaptation of the remaining cortical, subcortical, and
spinal network for skilled movement that takes into
account the mechanical properties of the limb and
estimates motor commands from signals associated with
intended limb motion, spatial targets, and goals
Queries before starting a trial
of therapy in chronic stroke
1. Has the patient clearly reached a plateau in goaldirected therapy for a given level of motor and
cognitive function?
2. What is a realistic outcome for an additional
intervention?
3. What new strategies can be drawn from the
rehabilitation and scientific literature?
4. What form of assessment will serve as a
practical, but sensitive measure of progress
toward the functional goal?
5. What will be the balance between therapistdirected treatment and home-based practice?
6. How will the necessary duration and intensity of
treatment be determined?
7. What criteria will be used by the patient and
therapist to decide that the new strategy offers
no further benefit?
Strategies for stroke
rehabilitation
Lancet Neurol. 2004; 3: 528-36
Motor rehabilitation and
brain plasticity after
hemiparetic stroke
JD Schaechter
Progress in Neurobiology 73: 61-72, 2004
Functional MRI series with the blood-oxygen-level dependent signal and analysis of regions of
interest during voluntary ankle dorsiflexion. The patient had chronic hemiparesis after a
subcortical stroke 14 months earlier and still walked at less than 65 cm/s. The behavioural
changes from baseline to the end of the first 12 training sessions were significant, so further
therapy would probably not have been offered. The increase in fMRI activity, however,
suggested ongoing recruitment within primary sensorimotor cortex (S1M1). Therapy was
extended another six sessions in 2 weeks to see if gains in walking and recruitment had reached a
plateau. There was a 20% increase in walking speed and improved motor control. The fMRI
study at 6 weeks revealed an expansion of the foot representation medially into the representation
for the back and hip muscles. Also, greater cerebellar and cingulate motor cortex activity
developed. Two additional bouts of therapy led to greater motor control of the ankle during
walking and focusing, rather than expanding fMRI activity within M1, consistent with greater
synaptic efficacy (not shown).
Stroke e depressione
Toso V, Gandolfo C, Paolucci S, Provinciali L, Torta R,
Grassivaro N; DESTRO Study Group.
Post-stroke depression: research methodology of a large
multicentre observational study (DESTRO).
Neurol Sci. 2004 Jul;25(3):138-44.
Provinciali L, Coccia M.
Post-stroke and vascular depression: a critical review.
Neurol Sci. 2002 Mar;22(6):417-28. Review
I Loubinoux, J Pariente, K Boulanouar et al.,
A single dose of the serotonin neurotransmission agonist
paroxetine enhances motor output: double-blind, placebocontrolled, fMRI study in healthy subjects.
NeuroImage 15 (2002), pp. 26–36.
J Pariente, I Loubinoux, C Carel et al.,
Fluoxetine modulates motor performance and cerebral
activation of patients recovering from stroke.
Ann Neurol 50 (2001), pp. 718–729
Disordini genetici associati a
stroke ischemico. I
Hademenou et al., Neurology 56: 9977,
2001
Disordini della coagulazione
• Deficit di Proteina C, AD, 2q13q14
• Deficit di Proteina S, AD, 3p11.1q11.2
• Resistenza alla Proteina C attivata
(Fattore V Leiden), AD, 1q23
• Deficit di Antitrombina III, AD, 1q23-25
• Anemia emolitica, AR, 11p15.5
Disordini genetici associati a
stroke ischemico. II
Hademenou et al., Neurology 56: 9977,
2001
• Sindrome familiare da anticorpi
antifosfolipidi (gene non identificato)
• Sindrome di Sneddon Familiare, AD
(gene non identificato)
Disordini genetici associati
a ictus emorragico
Emorragia intracerebrale
• Angiopatia amiloidea cerebrale
• Emorragia cerebrale ereditaria
amiloidosi (variante tedesca)
• Emorragia cerebrale ereditaria
amiloidosi (variante islandese)
con
con
Malattie genetiche del
connettivo associate ad
ictus
• Neurofibromatosi tipo I, AD, 17q11.2
• Sindrome Ehlers-Danlos tipo IV, AD, Chr 2
• Sindrome di Marfan, AD, Alt. Fibrillina, cr.
15
• Pseudoxantoma elasticum, AD,
Malattie ereditarie dei
piccoli vasi
• CADASIL, AD, 19q12, Notch 3
Malformazioni vascolari
genetiche
Malformazioni cavernose cerebrali
• Tipo I, AD, 7q11.2-q21
• Tipo II, AD, gene codificante la prot KRT1
• Tipo III, AD, 3q25.2-27
Vasculopatie genetiche
• Displasia fibromuscolare, AD
• Malattia di Moya-Moya familiare, AD,
3p24.2-p26
Malattie ad eziologia
sconosciuta
• Emicrania emiplegica familiare, AD, 19p13
• HERNS (Hereditary Endotheliopathy with
Retinopathy, Nephropathy and Stroke
syndrome), AD
Malformazioni arteriovenose
genetiche
• Teleangiectasia
Emorragia
Ereditaria
(Sindrome di Rendu-Osler-Weber)
Tipo I: Gene dell’Endoglobina, Cr. 9q
Tipo II: Gene della proteina simile al
recettore chinasico dell’activina, Cr 12q
• Malformazioni venose familiari, AD, Gene
tie-2, Cr. 9p
Emorragie subaracnoidee
genetiche
• Sindrome Ehlers-Danlos tipo IV
• Sindrome di Marfan
• Malattia del rene policistico
tipo I, AD, 16p13.3
tipo II, AD, 4q13-23
tipo III, AD, non identificato il linkage
tipo IV, AR, 6p21.1-p12
F…Giuliana, 65 a
In anamnesi episodi di cefalea frequenti e cute lassa.
A 56 a, episodio di ictus, con emiparesi facio-brachio-crurale
sin; dopo 3 anni , infarto del miocardio.
Es obiettivo e neurologico: lassità della cute; emiplegia fbc
sin.
TAC cranio: numerose lesioni ischemiche vascolari diffuse
con una grossa lesione ischemica a livello della capsula int
dx.
Ecodoppler dei vasi del collo: sclerosi vasale diffusa.
Discreto ispessimento intimale diffuso.
Ecocardiogramma:. Calcificazioni dell’anello dell’anulus
mitralico
Ipotesi diagnostiche?
Diagnosi
PSEUDOXANTHOMA ELASTICUM
La diagnosi è stata confermata da un punto di
vista molecolare, individuando una nuova
mutazione anche in altri membri della famiglia
Meloni I et al.
Pseudoxanthoma
elasticum:
point mutations in the ABCC6
gene and a large deletion
including also ABCC1 and
MYH11
Hum. Mutat. 2001; 118: 85
C… Salvatore, 68 a
A 68, episodio ischemico con emiparesi sin ed afasia ed al
doppler subocclusione della carotide int dx.
Un fratello, una sorella e la madre : trombosi venosa agli arti inf.
AngioRM: assenza di flusso al sifone carotideo dx per trombosi
dello stesso. Arteria cerebrale media dx esile e mancata
visualizzazione delle sue diramazioni. Sifone carotideo sin con
flusso turbolento per ispessimenti.
Sottoposto ad endoarteriectomia della carotide int sx.
Deficit di fattore V di Leiden, con mutazione identificata. Lo
studio molecolare è stato fatto anche a numerosi altri membri
della famiglia. Due suoi figli, all’età di 36 e 30 anni, clinicamente
sani, sono risultati portatori della stessa mutazione.
Ipotesi diagnostiche?
Diagnosi
DEFICIT DI FATTORE V DI LEIDEN,
LEIDEN
con mutazione identificata.
Lo studio molecolare è stato fatto anche a
numerosi altri membri della famiglia. Due suoi
figli, all’età di 36 e 30 anni, clinicamente sani,
sono risultati portatori della stessa mutazione.
FAM. CAP… Deficit del Fattore V Leiden
I:1
I:2
F.43a
A.84a
II:1
MT. 48a
III:1
II:2
L.46a
III:2
B.40a
III:3
E.76a
II:3
G.35a
III:4
S.69a
II:4
G.36a PL.40a A.40a
III:5
III:6
III:7
Pazienti con sintomi vascolari e mutazione.
Nella terza generazione, soggetti tutti asintomatici in cui è possibile
effettuare una prevenzione farmacologica
Disordini metabolici con ictus
• Malattia di Fabry, XR, Xq21.322 (Deficit di
alfa-glucosidasi)
• MELAS , Trasmissione materna, mitDNA,
mut. tRNA (leu) (UUR)
• Omocistinuria, AR, Deficit di cistationina
sintetasi, 21q22.3
• Iperomocisteinemia, AD, Deficit 5,10
MTHFR, 1p36.3
MALATTIA DI FABRY
Esordio: alla pubertà – Exitus in età adulta
Trasmissione: recessiva, legata al cromosoma X
Sintomi: Dolore alle estremità, acroparestesie, disturbi
vasomotori e vegetativi.
Angiocheratoma, del diametro di pochi millimetri, alla parte
bassa del tronco, nel l’area lombo sacrale, genitale e alla
mucosa orale. Alterazioni vascolari con disturbi nella funzione
renale (proteinuria,microematuria, uremia), nella funzione
cardiaca (ipetrofia ventricolare) nelle funzioni cerebrali
(cefalea, vomito, emiparestesie, emiparesi, disturbi dei nervi
cranici, afasia, atassia, nistagmo, disturbi della coscienza)
ipertensione. Opacità corneali.
Accumulo di Ceramide Triesoside
Deficit di α-Galattosidasi
M.Fabry: angiocheratoma corporis diffusum
Anderson-Fabry disease with cerebrovascular
complication in two Italian families
Borsini W et al. Neurol Sci 23:49-53, 2002
a
b
MR image of two heterozygous sisters with cerebrovascular
complication.
a. Periventricular leukoencephalopathy before stroke.
b.c. Periventricular white matter lesions and basal ganglia lacunar
infarctions in the woman with parkinsonism
c
Borsini et al, 2002
I
II
III
IV
?
2
?
*
Family with three members with cerebrovascular complication.
Filled squares, hemizygotes; small solid circle in circle, obligate carrier;
small solid circle, miscarriage; *cerebrovasclular complications; ?, not
examinated
MELAS
Encefalomiopatia mitocondriale con
acidosi lattica ed episodi tipo stroke
Intolleranza allo sforzo fisico, episodi tipo
“stroke”, crisi epilettiche, demenza, acidosi
lattica, RRF, età di esordio prima dei 40 anni.
Altri caratteri comuni: emicrania ricorrente,
nausea e vomito, deficit uditivo, bassa statura,
cardiomiopatia, calcificazioni dei gangli basali,
difficoltà
nell’apprendimento.
Circa il 10% dei casi presenta oftalmoplegia
esterna progressiva.
• La MELAS è una delle encefalomiopatie
più “classiche”.
• Oltre l’80% dei casi MELAS è associato
ad una sostituzione nucleotidica al nt
3243 nel gene per il tRNALeu(UUR) del
mtDNA.
• Questa mutazione è associata anche ad
altri fenotipi, come diabete e sordità,
MELAS/MERRF,
KSS,
PEO,
cardiomiopatia
ipertrofica,
miopatia,
encefalopatia (Pleiotropia).
Sebbene le mutazioni al tRNALeu(UUR) siano la
causa più frequente di MELAS, questo fenotipo è
geneticamente eterogeneo
Altre mutazioni che causano la MELAS
includono:
G583A al tRNAPhe
G1642A al tRNAval
A5814G al tRNACys
T9957C al gene COXIII
G13513A al gene ND5
La MELAS segue i principi
della genetica mitocondriale :
• Trasmissione matrilineare
• Eteroplasmia/Omoplasmia
• Effetto soglia
I
1
II
III
2
1
1
2
2
3
Albero genealogico paziente MELAS n°6
Screening diagnostico
• Analisi del pedigree
• Protocollo
diagnostico:
•
•
•
studio
neurofisiologico,
esame
audiometrico,
consulenza neuro-oftalmologica e cardiologica,
TAC, RMN, RMS
Esami di laboratorio: ac. piruvico e ac. lattico
Biopsia muscolare: microscopia ottica → RRF,
fibre COX negative; microscopia elettronica →
accumulo di mitocondri subsarcolemmali,
inclusioni paracristalline
Studio biochimico: su tessuto muscolare o
fibroblasti→ deficit di uno o più complessi della
catena respiratoria
Sindrome MELAS
Stroke acuto
Melas senza ictus
Proton MRSI
NAA
Cho
1
1
LA
Cr
2
2
Aumento diffuso del
cerebrale parenchimale
lattato
3.58
ppm
0.55
Citopatia mitocondriale
Iperomocisteinemia
P… Fabio, 44a
Familiarità positiva per patologie cardiovascolari. Un
fratello soffre di emicrania con aura e disturbi
depressivi ansiosi. E’ risultato affetto da
iperomocisteinemia con mutazione omozigotica per il
gene MTHFR
Vitamina B12 ed ac folico: nella norma
Omocisteina: 36 um/l (vn inf 15)
Mutazione omozigote C677T del gene che codifica
per l’enzima MTHFR
Terapia con Vitamina B12 ed acido folico.
CADASIL
• Cerebral autosomal dominant arteriopathy
with subcortical infarcts and
leucoencephalopathy
• Malattia ereditaria autosomico-dominante
ad esordio tardiva
• Attacchi ischemici cerebrali ricorrenti (TIA)
ed ictus, emicrania, epilessia e demenza
CADASIL
• Il gene, corrispondente al gene Notch3, èp
stato localizzato sul cromosoma 19 e
corrisponde ad una proteina
transmembranaria coinvolta nei segnali di
differenziazione cellulare nello sviluppo
• Sono state riportate anche mutazioni de
novo
Notch3 gene (33 exons encoding a protein of 2321 aa; its
extracellular domain contains 34 EGF-like repeat)
Exon4
Exon 2
C49Y
R54C
1 2 3
G114P120del
C117F
C123F/Y
R133C
R141C
C144S/Y/F
C146R/Y
Y150C
R153C
R153C155del
C162S
R169C
4
Exon3
5
G171C
C174Y
S180C
R182C
C183R/S
C185R
C194F/Y
C206Y
R207C
C212S
C222G
C224Y
6
7
8
Exon19
R1006C
C1015R
R1031C
Exon11
C542Y
R544C
R558C
R578C
R607C
R1231C
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Exon6
W71C
R332C
D80S84del
Exon8
R90C
Exon5
G420C
C93F
C233
R449C
R110C
D239D253del
Y258C
Exon22
24
Exon14
Exon23
R728C
C1261R
25 26 2 28 29
7
30
31 32
33
Exon18
R985C
Exon20
R1076C
(G=glycine; P=proline; C=cysteine; F=phenylalanine; Y=tyrosine; R=argigine; S=serine;
W=tryptophan)
Spettro fenotipico della CADASIL
Dichanks M et al. Ann Neurol 1998; 44:731-9
• TIA o stroke nel 71% dei casi
• Deficit cognitivi nel 48% dei casi
• Demenza (28%) accompagnata da disturbi
della deambulazione (90%), incontinenza
urinaria (86%) e paralisi pseudobulbare
(52%)
• Storia di emicrania (38%) (età media di
esordio a 26 anni), classificate nell’87%
come emicrania con aura
• Disturbi psichiatrici (30%)
• Epilessia (10%)
Spettro fenotipico della CADASIL
Dichanks M et al. Ann Neurol 1998; 44:731-9
• 55% dei pazienti più vecchi di 60 anni
hanno un gravissimo handicap motorio
• 14% non ha alcuna disabilità
• La vita media è di 64 a (maschi) e 69 a
(femmine)
• Grossa variazione intrafamiliare
The ectodomain of the Notch3 receptor accumulates
within the cerebrovasculature of CADASIL patients
Joutel A et al. J Clin Invest 105: 597-605, 2000
Asymptomatic
(32 y.o.)
Advanced
stage
(58 y.o.)
MRI hyperintensities of the
temporal lobe and external
capsule in patients with
CADASIL
O’Sullivan M, Jarosz JM, Martin RJ, Deasy N,
Powel JF, Markus HS
Neurology 56: 628-34, 2001
Temporal pole hyperintensity is a
radiologic
marker
of
CADASIL.
Involvement of the external capsule and
corpus callosum are also characteristic
findings that may help to distinguish the
disease
CADASIL
• Eterogeneità
clinica,
ma
prevalente
sintomatologia con emicrania con aura,
TIAs ed ischemia cerebrali ricorrenti, deficit
psichico e leucoencefalopatia
• Familiarità rilevante, di tipo dominante, con
diversa espressività clinica e RM
• Variabilità intrafamiliare (possibilità di altri
fattori nella modulazione del fenotipo?)
• Eterogeneità molecolare, ma più frequenti
mutazioni sull’esone 3 e 4
Famiglia Ter...(CADASIL)
sostituzione C3304T esone 20
(mutazione missenso Arg1076Cys nel 27°
dominio della proteina EGF)
• III-3: 45 a, episodi di
•
•
•
emicrania con aura,
emiparesi, depressione.
Leucoencefalopatia
III-4.5: 40 a, emicrania con
aura, leucoencefalopatia
II-6:65a, demenza e
leucoencefalopatia
I-1; decesso a 56 con
demenza
Exon20
R1076C
CADASIL/Di P... Ma… 55y
• Cases of stroke and progressive dementia
and leukoencepahlopathy on the maternal
side
• Thyroid dysfunction
• Repeted episodes of migraine
with aura and confusion
• Stroke at age 43 and
several episodes of aphasia
• Severe fatigue for mild
effort
?
?
+ 50 y
+ 75 y
?
+ 68 y
+ 61 y
+ 64 y
+ 60 y
+ 85 y
+6m
+ 12 y ?
+ 14 y ?
+ 50 y
l
Cadasil
Stroke
Psychiatric changes
Leukoencephalopathy
Migraine WA
CADASIL/Di..P…Ma…55y
NAA
Cho
La
a
a
b
c
d
↓NAA/Cr
ratio and
small
increase in
La signal
Cr
b
NAA
c
Cho
Cr
nc
3.6
d
La
ppm
0.9
3.6
ppm
0.9
Screening for mtDNA mutations:neg
Deletion of 5-bp in exon 4 leading to a
frameship (aa 127 to 158)
Muscle biopsy: presence of
GOM
A novel NOTC3 Frameshift
Deletion and mitochondrial
abnormalities in a patients
with CADASIL
MT Dotti, N De Stefano, S Bianchi, A Malandrini,
C Battisti, E Cardaioli and A. Federico
Arch Neurol 61: 942-945, 2004
This is the fisrt report on a frameship deletion (5
bp deletion from aa 127 to 158, with premature
termination of translation (stop codon at a 159)
A novel mutation in the Notch3 gene in an
Italian family with cerebral autosomal
dominant arteriopathy with subcortical
infarcts and leucoencephalopathy: genetic
and magnetic resonance spectroscopic
findings
Olivieri RL, Muglia M, De Stefano N, Mazzei R,
Labate A, Conforti FL, Patitucci A, Gabriele AL,
Tagarelli G, Magariello A, Zappia M, Gambardella A,
Federico A, Quattrone A
Arch Neurol 2001; 58: 1418-22
Thrombophilic risk factors
and unusual clinical features
in three Italian CADASIL
patients
L.Pantoni, C Sarti, F Pescini, S Bianchi, L
Bartolini, P Nencini, AM Basile, M
Lamassa, RN Kalaria, MT Dotti, A.
Federico, D Inzitari
Europ. J. Neurol. 2004
Trombophilic risk factors and unusual
clinical features in three Italian CADASIL
patients
Pantoni et al EJN, 2004
Fattori rischio
convenzionali
Fattori rischio
Non convenzionali
Ipertensione
Ipercolesterolemia
Iperomocisteinemia
Iperlipoproteinemia
Anticorpi antifosfolipidi
CADASIL/Omocisteina
↑ Omocisteinemia
8/13 (61%)
MTHFR (C677T)
7/11
CADASIL/Monitoraggio PA
12 pazienti CADASIL
MABP sistolica 113 (105-127)
MABP diastolica 75 (68-84)
↓notturna MABP
Extreme dipper
Dippers
Non dippers
Inverted dippers
1 (>20%)
4 (>10% ma <20%)
6 (<10% ma >0%)
1 (<0%)
CADASIL mutation screening in
the Neurometabolic Unit, University
of Siena (2000-2002)
Selected patients: 103 subjects with
leucoencephalopathy,
variable
clinical
spectrum, not constant familiarity
Notch3 mutations: 5 cases < 5%
Exon 3→ 2 cases < 2%
Exon 4 → 2 cases < 2%
Exon 11 (73 pts screened) → 1 case >1%
Exon 19 (20 pts screened) → no mutations
40
n u m e r o m u ta z io n i
35
30
25
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
numero esoni
The spectrum of Notch3 mutations found in 28 Italian families
Family
Origin
Exon
Mutation site
Amino acid
chenge
% with
exon
1-2
South
3
C406T
Arg110Cys
17,8%
3-4
South
3
C346T
Arg90Cys
5
South
3
Deletion from
C341 to G352*
Deletion of 4 aa
form Ala88 to Gly91
6
Central
4
C499T
Arg141Cys
7
Central
4
T625A
Cys183Ser
8-9
Central
4
C697T
Arg207Cys
10
Central
4
Deletion from
T312 to G316*
11-12
South
6
C1072T
Frame shift aa 125158 Stop codon aa
159
13
Central
6
T1090C*
* New mutation
Arg322Cys
Cys338Arg
17,8%
10,7%
The spectrum of Notch3 mutations found in 28 Italian families
Family
Origin
Exon
Mutation site
Amino acid
chenge
% with
exon
14
South
8
G1361A*
Cys428Tyr
14,3%
15
South
8
T1360C*
Cys428Arg
16
South
8
T1396A*
Cys440Ser
17
South
8
C1423T
Arg449Cys
18
South
10
G1660T*
Gly528Cys
19-20
21-22
Central
11
C1897T
Arg607Cys
23-24
South
11
C189T
Arg607Cys
25-26
Central
19
C3094T
Arg1006Cys
7,1%
27
Central
20
C3304T
Arg1076Cys
3,6%
28
South
22
C3769T
Arg1231Cys
3,6%
* New mutation
3,6%
CADASIL in Italy: conclusions
Contrary to previous reports in different series of patients,
exon 4 was not the most common site of mutation, with a
percentage of less than 18%.
Taken together, mutations in exon 4 and 3 accounted for
only 36% of CADASIL cases, less than half the figure
reported in the original Franch series (6) and, more
recently, in the British one (4).
On the other hand, mutations in exon 11, the most common
in our analysis, were not found in any of the 48 British
cases (4) and were rarely found in other less homogeneous
series (5-7).
We also detected a substantial number of mutations in
exon 8 (14%) and 6 (11%).
CADASIL
Sospetto diagnostico in
giovani adulti con
•Episodi cerebrovascolari da cause non conosciute
•Leucoencefalopatia alla MRI
•Storia di malattia cerebrovascolare/demenza
in più membri della famiglia
Negatività esoni + comuni
Analisi genetico molecolare
Mutazione NOTCH3
Biopsia cute
GOM
CADASIL
Sospetto diagnostico
•Le manifestazioni cliniche non sono limitate al SNC
•Ricerca alterazioni oculari subcliniche
•Non esclusione “a priori”
in presenza di fattori di rischio (iperomocisteinemia)
in assenza alterazioni temporali alla MRI
•Presentazioni cliniche “atipiche”
Functional reorganization of
motor cortex increases with
greater axonal injury from
CADASIL
Reddy H, De Stefano N, Mortilla
M, Federico A, Matthews PM
Stroke 2002; 33: 502-8
fMRI in CADASIL
Results
Controls
-37.8,20.8,52.5
Similar Patterns of
ActivationPatients
-32.4,-23.8,57.8
No
Nosignificant
significantchanges
changesin
inIpsilateral
IpsilateralMotor
Motoror
orSupplementary
SupplementaryMotor
MotorAreas
Areas
Greater
GreaterActivation
Activationin
inthe
theIpsilateral
IpsilateralPrimary
PrimarySensorimotor
SensorimotorCortex
Cortexin
inCADASIL
CADASIL
Deficit proteina S
C…Giovanni, 49 a
Episodi di TIA recidivanti , con cefalea seguita da
sensazioni di parestesie all’emivolto sin, deviazione
della rima orale ed afasia, della durata di circa 30
minuti.
EEG normale
RM: numerose aree ischemiche nella s.b.
Studio dei fattori della coagulazione: deficit di
proteina S
Terapia con Coumadin, con scomparsa, a distanza di
due anni, degli episodi di TIA.
Neurogenetica e Neurologia
clinica
• Sviluppo della genetica
• Individuazione di numerosi geni legati a
malattie
• Applicazione di tecniche di genetica
molecolare come supporto della pratica
clinica
GRANDE CAMBIAMENTO
NELL’APPROCCIO
DIAGNOSTICO
DIAGNOSI CLINICA
O MOLECOLARE?
Ethycal and Methodological
Issues in Pedigree Stroke
Research
BB Worral, DT Chen, JF Meschia
Stroke 32: 1243-1249, 2001
“Vi sono casi in cui la natura lascia
tracce del suo lavoro lontano dai
sentimenti più battuti: non esistono
luoghi dove non sia possibile salvarne
più chiaramente i misteri segreti. E non
c’è modo migliore per promuovere il
progresso della medicina di quello di
investire la nostra intelligenza nella
scoperta delle leggi fondamentali della
natura
affrontando
con
metodo
scientifico lo studio dei casi di forme
rare di malattie”
Spettro fenotipico della CADASIL
Dichanks M et al. Ann Neurol 1998; 44:731-9
• TIA o stroke nel 71% dei casi
• Deficit cognitivi nel 48% dei casi
• Demenza (28%) accompagnata da disturbi
della deambulazione (90%), incontinenza
urinaria (86%) e paralisi pseudobulbare
(52%)
• Storia di emicrania (38%) (età media di
esordio a 26 anni), classificate nell’87%
come emicrania con aura
• Disturbi psichiatrici (30%)
• Epilessia (10%)
Spettro fenotipico della
CADASIL
Dichanks M et al. Ann Neurol 1998; 44:731-9
• 55% dei pazienti più vecchi di 60 anni
hanno un gravissimo handicap motorio
• 14% non hanno alcuna disabilità
• La vita media è di 64 a (maschi) e 69 a
(femmine)
• Grossa variazione intrafamiliare
Famiglia Ter...(CADASIL)
sostituzione C3304T esone 20
(mutazione missenso Arg1076Cys nel 27°
dominio della proteina EGF)
• III-3: 45 a, episodi di
•
•
•
emicrania con aura,
emiparesi, depressione.
Leucoencefalopatia
III-4.5: 40 a, emicrania con
aura, leucoencefalopatia
II-6:65a, demenza e
leucoencefalopatia
I-1; decesso a 56 con
demenza
Exon20
R1076C
CADASIL
• Eterogeneità
clinica,
ma
prevalente
sintomatologia con emicrania con aura,
TIAs ed ischemia cerebrali ricorrenti, deficit
psichico e leucoencefalopatia
• Familiarità rilevante, di tipo dominante, con
diversa espressività clinica e RM
• Variabilità intrafamiliare (possibilità di altri
fattori nella modulazione del fenotipo?)
• Eterogeneità molecolare, ma più frequenti
mutazioni sull’esone 3 e 4
The ectodomain of the Notch3 receptor accumulates
within the cerebrovasculature of CADASIL patients
Joutel A et al. J Clin Invest 105: 597-605, 2000
Asymptomatic
(32 y.o.)
Advanced
stage
(58 y.o.)
MRI hyperintensities of the
temporal lobe and external
capsule in patients with
CADASIL
O’Sullivan M, Jarosz JM, Martin RJ, Deasy N,
Powel JF, Markus HS
Neurology 56: 628-34, 2001
Temporal pole hyperintensity is a
radiologic
marker
of
CADASIL.
Involvement of the external capsule and
corpus callosum are also characteristic
findings that may help to distinguish the
disease
The yield of screening for
CADASIL mutations in lacunar
stroke and leukoaraiosis
Dong Y et al, Stroke 2003,34:203-5
218 pts with i) isolated lacunar stroke ii)
lacunar stroke and more confluent WM
ischaemia
Exons screened: 3,4,5,6
1 CADASIL case found (<0.5%; 11% <50
years)
CADASIL mutation screening in
the Neurometabolic Unit, University
of Siena (2000-2002)
Selected patients: 103 subjects with
leucoencephalopathy,
variable
clinical
spectrum, not constant familiarity
Notch3 mutations: 5 cases < 5%
Exon 3→ 2 cases < 2%
Exon 4 → 2 cases < 2%
Exon 11 (73 pts screened) → 1 case >1%
Exon 19 (20 pts screened) → no mutations
Thrombophilic risk factors
and unusual clinical features
in three Italian CADASIL
patients
L.Pantoni, C Sarti, F Pescini, S Bianchi, L
Bartolini, P Nencini, AM Basile, M
Lamassa, RN Kalaria, MT Dotti, A.
Federico, D Inzitari
Europ. J. Neurol. In press
40
n u m e r o m u ta z io n i
35
30
25
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
numero esoni
45
40
35
30
25
delezioni
20
15
mutazioni
missense
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
esoni
RESULTS/CADASIL
mutations distribution
•
•
•
•
Geographic Location in Italy
Exon 3 Æ 5/5 South
Exon 8
5/5 South
Exon 4 Æ 5/5 Central
Exon 11Æ 4/6 Central
CADASIL in Italy: conclusions
Contrary to previous reports in different series of patients,
exon 4 was not the most common site of mutation, with a
percentage of less than 18%.
Taken together, mutations in exon 4 and 3 accounted for
only 36% of CADASIL cases, less than half the figure
reported in the original Franch series (6) and, more
recently, in the British one (4).
On the other hand, mutations in exon 11, the most common
in our analysis, were not found in any of the 48 British
cases (4) and were rarely found in other less homogeneous
series (5-7).
We also detected a substantial number of mutations in
exon 8 (14%) and 6 (11%).
Functional reorganization of
motor cortex increases with
greater axonal injury from
CADASIL
Reddy H, De Stefano N, Mortilla
M, Federico A, Matthews PM
Stroke 2002; 33: 502-8
fMRI in CADASIL
Results
Controls
-37.8,20.8,52.5
Similar Patterns of
ActivationPatients
-32.4,-23.8,57.8
No
Nosignificant
significantchanges
changesin
inIpsilateral
IpsilateralMotor
Motoror
orSupplementary
SupplementaryMotor
MotorAreas
Areas
Greater
GreaterActivation
Activationin
inthe
theIpsilateral
IpsilateralPrimary
PrimarySensorimotor
SensorimotorCortex
Cortexin
in
CADASIL
CADASIL