Alternating Hemiplegia of Childhood: Understanding the Genotype- | TACG Alternating Hemiplegia of Childhood: Forståelse af genotype-fænotype forholdet mellem ATP1A3-variationer

Indledning

Først beskrevet i 1971 af Verret og Steele hos 8 børn1 blev syndromet med vekslende hemiplegi i barndommen (AHC, OMIM #614820) først defineret 9 år senere af Krägeloh og Aicardi2 , som beskrev fem nye tilfælde og gennemgik de tidligere rapporter, der diskuterede nosologien for denne enhed. Specifikke diagnostiske kriterier for AHC, kaldet “Aicardi-kriterierne”, blev først foreslået i 1993.3 Siden da er de oprindelige kriterier blevet opdateret med jævne mellemrum for at støtte den kliniske anerkendelse af denne særlige neuroudviklingsforstyrrelse.4-7

I 2012 identificerede to uafhængige forskningsgrupper – et internationalt konsortium8 og en tysk gruppe9 – de novo heterozygote mutationer i ATP1A3 som årsagen til AHC. Kort efter replicerede en japansk undersøgelse dette fund,10 hvilket gav yderligere beviser for, at ATP1A3-mutationer forårsager AHC.

Heterozygote ATP1A3-mutationer var allerede blevet rapporteret som årsag til en anden enhed, der tidligere var beskrevet på et klinisk grundlag: rapid-onset dystonia-parkinsonisme (RDP, DYT12, OMIM #128235), en sjælden og ejendommelig bevægelsesforstyrrelse, der nedarves på en autosomal dominant måde.11 I 2014 er ATP1A3 blevet rapporteret som årsag til en anden neurologisk enhed: cerebellar ataksi, areflexi, pes cavus, optisk atrofi og sensorineuralt høretab (CAPOS) syndrom (OMIM #601338).12,13 Desuden er der i løbet af de seneste år opstået to andre fænotyper relateret til ATP1A3-mutationer: tidlig infantil epilepsi med encephalopati (EIEE)14,15 og recidiverende encephalopati med cerebellar ataksi (RECA)16,17 .

De fleste patienter med ATP1A3-patogene varianter falder ind under en af disse fænotyper,18 som ligger til grund for en næsten ikke overlappende delmængde af forårsagende mutationer.19,20 Ikke desto mindre viser nogle personer atypiske træk eller kombinerer træk fra to eller flere af disse hovedfænotyper.20-24 På den anden side er nogle patogene varianter blevet rapporteret til at forårsage forskellige fænotyper, selv i den samme familie.4,25-27 Som følge heraf er det blevet foreslået at betragte ATP1A3-relaterede lidelser som et klinisk kontinuum snarere end som særskilte enheder med et aldersafhængigt mønster for fremkomsten og udviklingen af forskellige tegn og symptomer.16,18,19

På trods af det stigende antal rapporter, der beskriver intermediære og overlappende former mellem de vigtigste ATP1A3-relaterede fænotyper, forbliver AHC et veldefineret og genkendeligt syndrom, hvis kliniske identifikation er afgørende for at orientere molekylære undersøgelser.

I denne gennemgang opsummerer vi viden om AHC med fokus på kliniske diagnostiske spor, genotype-fænotype korrelationer og funktionel effekt af ATP1A3-varianter af denne tilstand.

Kliniske træk

Klassisk AHC

AHC er en ejendommelig neuroudviklingsforstyrrelse, der er karakteriseret ved en konstellation af paroxysmale neurologiske manifestationer, blandt hvilke tilbagevendende episoder af hemiplegi, der involverer begge sider af kroppen og skifter i lateralitet, er kendetegnende for denne sygdom.18 Quadriplegiske anfald kan forekomme isoleret eller som en generalisering af et hæmiplegisk anfald. Desuden kan paroxysmale manifestationer omfatte toniske eller dystoniske anfald (enten af ét lem, én halvkrop eller generaliseret), oculomotoriske abnormiteter og dysautonomiske fænomener (uni- eller bilateral mydriasis, rødme, bleghed) forekomme alene eller i forbindelse med hæmiplegiske anfald.19 Paroxysmale episoder forekommer normalt før 18 måneders alderen, med en medianalder for debut på 3-5 måneder. Ikke desto mindre kan udbruddet variere fra den neonatale periode til 4 års alderen.

Paroxysmale unormale øjenbevægelser (herunder monokulær og binokulær nystagmus, strabismus, diskonjugeret blik, okulær bobbing, okulær flutter) er ofte de første neurologiske manifestationer, der forekommer isoleret før udbruddet af andre paroxysmale anfald.28

Paroxysmale hændelser genkender typisk følelsesmæssige eller miljømæssige udløsende faktorer (motion, eksponering for lys, lyde eller varmt vand, specifikke fødevarer), mens symptomerne lindres af søvn og perioder efter opvågning.7 Der er rapporteret om en høj variabilitet i varighed og hyppighed af paroxysmer, selv hos den samme patient, der varer fra minutter til hele dage og forekommer op til flere gange om dagen.28

Bortset fra paroxysmale manifestationer er AHC også karakteriseret ved vedvarende, interiktal neurologiske abnormiteter, hvis prævalens stiger med alderen. Udviklingsproblemer (tale- og sprogforsinkelse, kognitive underskud, adfærdsproblemer) med forskellige grader af sværhedsgrad er det mest almindelige fund, efterfulgt af dysartri, ataksi, chorea, dystoni og, sjældnere, pyramidalbanetegn.7,27,29 Neurologisk forringelse kan vise en trinvis progression med diskret motorisk eller kognitiv tilbagegang efter en langvarig paroksysmal episode. Faste neurologiske underskud viser ofte en rostrocaudal gradient i sværhedsgrad, hvor sværhedsgraden af oro-mandibulær dystoni og dysartri overgår sværhedsgraden af dystoni i de øvre og nedre lemmer.7

Op til 50 % af AHC-patienterne udvikler epileptiske anfald.4,5,30,31 Epilepsi kan være fokal eller generaliseret, med flere anfaldstyper og lokaliseringer, og den er ofte medicinresistent. Desuden er der rapporteret om en høj frekvens og gentagelsesrate af refraktær status epilepticus.32

Den seneste version af de kliniske kriterier for AHC anerkender større (diagnostiske) og mindre (understøttende) kriterier og omfatter et sæt standardiserede definitioner til en forenklet beskrivelse af paroxysmale episoder for at give plejepersonalet et mere tilgængeligt sprog til at dokumentere hændelser.7 Kriterierne omfattede især 1) symptomdebut før 18 måneder, 2) gentagne episoder af hemiplegi vekslende lateralt eller 3) gentagne episoder af quadriplegi eller plegi, 4) andre paroxysmale episoder, herunder dystoniske anfald, 5) okulomotoriske abnormiteter eller automatiske symptomer, 6) forsvinden af symptomerne med søvn og 7) tegn på udviklingsforsinkelse og/eller andre neurologiske abnormiteter som dystoni, ataksi eller chorea.7 Ud fra et farmakologisk synspunkt er de hyppigst anvendte lægemidler ved AHC flunarizin, benzodiazepiner, carbamazepin, barbiturater og valproinsyre. Det er vildt påvist, at flunarizin og benzodiazepiner viser en større forbedring af dystoniske eller plegiske episoder.5 Mikati et al. har især påvist, at flunarizin, en calciumantagonist, reducerer varigheden, sværhedsgraden og hyppigheden af de hemiplegiske anfald hos op til 80 % af AHC-patienterne.33

På den anden side var antipsykotika, selektive serotonin-genoptagelseshæmmere, gabapentin og acetazolamid uvægerligt ineffektive.5

Atypisk AHC

Ud over den klassiske AHC-fænotype er der beskrevet flere atypiske træk. Med hensyn til alder ved debut er der blevet beskrevet en forsinket forekomst af hæmiplegiske anfald op til 4 års alderen.25 Med hensyn til kognitiv svækkelse er der rapporteret milde tilfælde med normal udvikling.33 Andre ualmindelige træk omfatter en overvejende dystonisk fænotype, fravær af quadriplegiske anfald,33 eller forekomsten af vekslende monoplegi i de øvre led.34

Dertil kommer, at nogle patienter kombinerer typiske AHC-paroxysmer med træk af enten tidlig encephalopati14,35,36 eller RDP.23,37-39

Suden AHC er der beskrevet en særskilt nosologisk enhed med mildere forløb, der er karakteriseret ved episoder af unilateral eller bilateral svaghed, der udelukkende opstår under søvn.40-46 Selv om den første rapport om denne tilstand går tilbage til den oprindelige beskrivelse af AHC af Verret og Steele,1 blev dens særskilte nosologi først anerkendt i 1994, da udtrykket benign nocturnal alternating hemiplegia of childhood (BNAHC) blev foreslået for at skelne denne enhed fra AHC.40 Ved BNAHC opstår de (hemi)plegiske anfald kun i søvne, og der er ingen udvikling til neurologisk eller intellektuel svækkelse. Desuden mangler andre paroxysmale hændelser som toniske eller dystoniske anfald og oculomotoriske abnormiteter.40,41 Indtil nu er der rapporteret 14 tilfælde af BNAHC, og alle undtagen ét har ramt drenge.42 Selv om det sjældent er testet, er der ikke beskrevet nogen association mellem BNAHC og ATP1A3-mutationer.42 Blandt de 14 patienter har kun 2 udført en Whole Exome Sequencing (WES)-analyse, og i kun 1 tilfælde blev der afsløret en heterozygot 16p11.2-mikrodeletion, der involverer bl.a. PRRT2-genet. PRRT2 koder for et transmembranprotein, der indeholder et prolinrigt domæne, og er forbundet med episodisk kinesigenisk dyskinesi-1 (OMIM #128200).42 Selv om der er rapporteret om flere familiære tilfælde,40,41,45 er det genetiske grundlag (hvis der er nogen) for denne tilstand stadig uklart. Der bør udføres en ordentlig WES-analyse for bedre at undersøge denne tilstand, og rollen af regulerende yderligere genetiske faktorer bør overvejes.

Rolle af ATP1A3-genforstyrrelse

Na+/K+-ATPase struktur og funktion

ATP1A1-4 generne koder for fire α-underenheder – henholdsvis α1-4 – af Na+/K+ ATPase. Pumpen er ubiquitært udtrykt i centralnervesystemet (CNS) og består af næsten to underenheder: en alfa (α – der indeholder det katalytiske sted for ATP-hydrolyse og binding af ionerne) og en beta (β, ansvarlig for det strukturelle og funktionelle aktiv af α-underenheden).47 Selv om α1-isoformen er til stede i hele CNS og α2 i astrocytterne, udtrykkes α3 kun i neuronerne – GABAergiske neuroner i alle kerner i de basale ganglier (striatum, globus pallidus, subthalamisk kerne og substantia nigra), flere thalamiske kerner, cortex, cerebellum, rød kerne og flere områder i mellemhjernen (reticulotegmental nucleus i pons) og hippocampus;48, mens ekspressionen ikke var signifikant i de dopaminerge celler i substantia nigra.49,50 Denne ionpumpe er afgørende for opretholdelsen af den elektrogeniske homeostase i neurale celler, idet den udveksler Na+- og K+-ioner på tværs af plasmamembranen koblet til ATP-hydrolyse og indstiller membranpotentialet både i hvilepotentialet (α1) og efter et aktionspotentiale (α2, α3).

α3-isoformen er kodet af ATP1A3-genet (OMIM #182350) på kromosom 19q13, der koder for α3-underenheden af Na+/K++-ATPase, en allestedsnærværende, elektrogene transmembran-ATPase, der først blev beskrevet i 195751 og er placeret på den cytosoliske side af den ydre plasmamembran52 . Da Na+/K+-ATPasen eksporterer 3 Na+- og importerer 2 K+-ioner for hvert enkelt ATP-molekyle, der hydrolyseres, opretholder den gradienten med en højere ekstracellulær Na+-koncentration og et højere intracellulært K+-niveau.53,54

Selv om α3 er den underenhed, der overvejende udtrykkes i neuroner, udtrykker nogle neuroner α1 – som overvejende udtrykkes i gliaceller. Sammenlignet med α1 viser α3-underenheden en lavere affinitet for Na+ og K+ og en lavere spændingsafhængighed, hvilket muliggør en hurtig normalisering af transmembrangradienten efter en række aktionspotentialer.55

Den α-underenhed af Na+/K++-ATPase indeholder 3 cytoplasmatiske og en transmembranregioner. De cytoplasmatiske domæner omfatter fosforyleringsdomænet (“P”), det nukleotidbindende (“N”) domæne og aktuatordomænet (“A”).53 Som hos de andre medlemmer af P-type ATPase-superfamilien danner Na+/K+-ATPasen et fosforyleret mellemprodukt under reaktionscyklussen. P-domænet rummer en meget bevaret Asp-Lys-Thr-Gly-Lys-sekvens, hvis aspartatrest (der falder i 366-positionen) fosforyleres ved overførsel af γ-fosfatgruppen fra et ATP-molekyle.56 A-domænet indeholder et Thr-Gly-Glu-Ser-motiv, der gennem glutamatresten binder det vandmolekyle, der er nødvendigt for aspartylfosfathydrolyse i det katalytiske sted.57 Transmembranregionen består af 10 transmembranhelixer (TM1-10), hvoraf helixerne TM4-6 indeholder kationbindingsstederne, og TM8 bidrager til at binde den tredje Na+-ion.57,58

For at muliggøre ionudveksling gennemgår proteinet i løbet af reaktionscyklussen kritiske konformationsændringer, hvorved adgangen til og specificiteten af kationbindingsstederne omvendes.59 I den såkaldte E1-tilstand er α-underenheden tilgængelig fra cytoplasmasiden og er Na+-selektiv. Bindingen af 3 Na+ udløser fosforylering af Asp366-resten fra ATP, hvilket fører til E1P-tilstanden. Som følge heraf transporteres Na+-ioner gennem membranen og frigives på den ekstracellulære side. Ved frigivelse af Na+ overgår proteinet til E2P-tilstanden, som er en ekstracellulært tilgængelig, K+-selektiv konformation. Bindingen af 2 K+-ioner på den cytoplasmatiske side udløser defosforylering ved hydrolyse af Asp366-resten med overgang til E2-tilstand. Den lave affinitetsbinding af et ATP-molekyle til E2-tilstanden stimulerer overgangen til E1-tilstanden, hvis lave affinitet for K+ -ioner bestemmer deres frigivelse i cytosolen. E1-tilstandens højere affinitet for ATP- og Na+-ioner forårsager bindingen af Na+ og den efterfølgende fosforylering af P-domænet. Rotation af A-domænet og omlægninger af TM1-6 medierer disse konformationsovergange.59-64

β-underenheden – hvoraf der findes tre differentielt udtrykte isoformer (β1-3) – fungerer som et molekylært chaperon, der letter transporten af α-underenheden fra det endoplasmatiske retikulum til plasmamembranen og muliggør dens korrekte foldning og membranintegration.65,66

Ud over iontransport over den cellulære membran har Na+/K+-ATPase vist sig at have forskellige funktioner, herunder modulering af signaltransduktion via PI3K-, PLC-γ- og MAPK-kaskader, proteininteraktioner med andre transmembranenzymer og stilladseringsproteiner og regulering af anden transporteraktivitet.20,67,68

ATP1A3 Patogene varianter Placering og virkning

Som det fremgår af figur 1, påvirker ATP1A3-mutationer hele den kodningsmæssige sekvens. I modsætning til RDP-fremkaldende mutationer – som er fordelt i hele genet – findes AHC-fremkaldende varianter hyppigere i exon 17 og 18.20 Med hensyn til det berørte funktionelle domæne påvirker de fleste AHC-fremkaldende varianter ionbindingsstederne eller de transmembransegmenter, der huser bindingsresterne (figur 2).57 En mindre gruppe af mutationer findes i andre transmembranhelixer end ionbindingssegmenterne. Desuden påvirker flere mutationer de cytoplasmatiske forlængelser af transmembranhelicerne TM3-5, som forbinder disse helicer med de cytoplasmatiske A-, N- og P-domæner (de såkaldte “stalk”-mutationer).57 Sidstnævnte cytoplasmatiske domæne har vist sig at rumme flere AHC-fremkaldende varianter, mens en lille gruppe af patogene varianter har vist sig at påvirke den ekstracellulære loop mellem TM7 og TM8.

Figur 1 Fordeling af AHC-fremkaldende varianter langs ATP1A3-genet og mRNA.Bemærk: Kolonnerne viser antallet af AHC-fremkaldende varianter (lysegrå søjler) og det samlede antal patogene ATP1A3-varianter (mørkegrå søjler), der er rapporteret i hvert exon.Forkortelser: AHC, alternating hemiplegia of childhood; Nt, nukleotider; bp, basepar.

Figur 2 Placering af AHC-fremkaldende varianter i ATP1A3-proteinet.Bemærkninger: Hvide prikker viser AHC-forårsagende varianter, sorte prikker angiver varianter, der forårsager EIEE med tilstedeværelse af hemiplegiske anfald, blå-hvide prikker viser varianter, der forårsager både RDP og AHC. I henhold til lokalisering af funktionelle domæner er varianter opdelt i varianter med ionbindingssted (sort), membranvarianter (blå), stængelvarianter (grøn), P-domænevarianter (lilla) og ekstracellulære varianter (rød). De tre forskellige cytosoliske domæner af ATP1A3-proteinet er angivet med rødt (A-domæne), grønt (N-domæne) og blåt (P-domæne).Forkortelser: AHC, alternating hemiplegia of childhood; EIEE, early infantile epileptic encephalopathy; RDP, rapid-onset dystonia-parkinsonism.

Som følge heraf forventes en stor del af de varianter, der forårsager AHC, at påvirke ionbinding og -transport, mens en anden konsistent gruppe af mutationer forventes at påvirke enzymfosforylering.57

For nogle af mutationerne af ionbindingsstederne (Asp801Asn, Asp923Asn, Ser137Tyr, Phe780Leu, Ile810Asn) er der givet eksperimentelt bevis for defekt Na+-binding,69-71 mens der for andre varianter er påvist nedsat Na+-binding med mutationer, der påvirker den tilsvarende rest i α1-paralogen.57 Det skal bemærkes, at der kun er rapporteret få mutationer i transmembranhelicerne langt fra ionbindingsstederne (såsom TM1-2 og TM9-10). Interessant nok er varianter, der påvirker det N-cytoplasmatiske domæne eller C-terminusdomænet, kun blevet beskrevet i RDP.

Genotype-Phenotype Correlation

Emergens og hyppighed af forskellige AHC-fremkaldende varianter

Selv om AHC er en sporadisk lidelse på grund af de novo-varianter, er der rapporteret få autosomal dominant nedarvede tilfælde.4,25,26,72 Germline mosaikisme er blevet rapporteret i familiære tilfælde af andre ATP1A3-relaterede lidelser,73 men det er ikke blevet beskrevet i AHC indtil videre.

På trods af det stigende antal patogene varianter, der er rapporteret, viste de største kohortestudier udført i forskellige populationer (europæiske, nordamerikanske og kinesiske kohorter), at tre varianter tegner sig for omkring 60% af alle tilfælde.4,30,74 Specifikt har varianten p.Asp801Asn vist sig at forårsage 30-43 % af alle tilfælde, p.Glu815Lys er ansvarlig for 16-35 % af tilfældene, og p.Gly947Arg tegner sig for 8-15 % (figur 3).

Figur 3 Hyppighed af AHC-fremkaldende varianter i forskellige kohorter.Noter: AHC-fremkaldende varianter i forskellige kohorter: Grafen viser den relative hyppighed af varianter, der påvirker hver specifik ATP1A3-residual i en nordamerikansk (blå linje, N= 151), europæisk (rød linje, N= 130) og en kinesisk (sort linje, N= 45) kohorte. Toppene er udtrykt som procentdel af det samlede antal AHC-patienter i hver kohorte. De tre hotspots for AHC-fremkaldende varianter (Asp801, Glu915 og Gly947) er angivet over den tilsvarende top.Forkortelse: AHC, alternating hemiplegia of childhood.

Som tidligere nævnt viser placeringen af ATP1A3-mutationer langs kodningssekvensen en genotype-fænotype korrelation af det kliniske ATP1A3-spektrum. Kun specifikke mutationer – især nær transmembrandomænerne – og følgelig proteinændringer resulterer i AHC (Rosewich H. Neurology 2014).27

Tre tilbagevendende missense-mutationer tæller for 60 % af alle AHC-tilfælde. Femten procent af AHC har ingen identificeret mutation, men opfylder de kliniske kriterier. I en nyere rapport af Panagiotakaki al. blev kliniske data fra en stor kohorte på 155 patienter fra det internationale konsortium for AHC grundigt gennemgået, og der blev gjort et forsøg på diskret genotype-fænotype korrelation.30 Først blev der interessant nok påvist ATP1A3-mutationer hos 85 % af patienterne, hvilket bekræfter, at en lille gruppe af patienter opfylder kriterierne for AHC uden nogen molekylærgenetisk diagnose. Undersøgelsen bekræftede også den relative forekomst af de tre mest almindelige mutationer: p.Asp801Asn, p.Glu815Lys og p.Gly947Arg. Af disse var Glu815Lys forbundet med en mere alvorlig fænotype med lægemiddelresistent epilepsi, dyb intellektuel funktionsnedsættelse og alvorlig dystoni som neurologiske hovedresultater. p.Asp801Asn synes at være forbundet med en mildere fænotype med senere debut af de paroxysmale hændelser og mindre hyppige plegiske anfald; størstedelen af patienterne har moderat intellektuel funktionsnedsættelse med en højere grad af adfærdsproblemer. p.Gly947Arg synes at korrelere med en positiv prognose; de paroksysmale hændelser indtræder senest i forhold til de to andre mutationer, og der er desuden ikke rapporteret om alvorlig intellektuel funktionsnedsættelse. Konklusionen er, at de tre mutationer viser en gradient i symptomernes sværhedsgrad: p.Glu815Lys > p.Asp801Asn > p.Gly947Arg. Tabel 1 opsummerer det kliniske spektrum, der er forbundet med de tre mest almindelige mutationer.

Tabel 1 Kliniske træk ved de mest almindelige ATP1A3-varianter, der forårsager AHC

Evidens fra in vitro og in vivo-undersøgelser

Et stort bidrag til at forklare den kliniske heterogenitet, der er forbundet med ATP1A3-mutationer, samt til at forbedre vores viden og udvikle nye terapeutiske strategier, stammer fra celle- og dyremodeller.

Cellulære undersøgelser

I neuronet, der præsenterer α3-allelmutationen, viser Na+/K+ ATPase nedsat natriumaffinitet, hvilket fører til en forhøjet intracellulær Na+-koncentration med mange mulige dramatiske hændelser såsom øget tilstrømning af Ca++-ioner til cellen med toksiske virkninger og frigivelse af excitatoriske aminosyrer50 . Desuden er det blevet antaget, at en ændret optagelse af dopamin sekundært til den unormale Na+ gradient er delvist ansvarlig for det ATPase-relaterede syndrom.4,75 Denne ændring fører til dystoni og/eller parkinsonisme uden degeneration af den nigrostriatale bane,54,75 men det er ikke blevet påvist ved PET- og DAT-SCAN-undersøgelse hos RDP-patienter, hvilket forklarer manglende respons på levodopa hos disse patienter.76

Heterogenitet i det fænotypiske spektrum, der vises af AHC-patienter og af patienter med RDP, tyder på forskellige underliggende cellulære konsekvenser, der er relevante for de patologiske mekanismer. Generelt synes aktiviteten af Na+/K+-pumpen at være ansvarlig for patogeniciteten i AHC fra den første beskrivelse og karakterisering af ATP1A3-mutationer, der er forbundet med AHC8 . Det var således rimeligt, at i RDP påvirkede de fleste mutationer proteinekspression og celleoverfladeudtryk, og i AHC kunne en ændret aktivitet af pumpen forklare fænotypen.8 Der er gennemført flere undersøgelser for at afklare dette spørgsmål71,77 , og en nyttig fremgangsmåde var ved at anvende inducerede pluripotente stamceller (iPS). For nylig blev der i en model af iPS-celler afledte neuroner fra AHC-patienter, der bærer missense-mutationen p.Gly947Arg, påvist lavere niveauer af ouabain-sensitiv udadgående strøm (en netto udadgående transport af Na+-ioner) sammenlignet med kontroller.77 Desuden udviser neuroner, som det kan forudsiges af en lavere intracellulær K+-ionkoncentration, et hvilemembranpotentiale svarende til hvilecelle med ændret excitabilitet, hvilket beskæftiger sig med hypotesen om en mekanisme med tab af funktion.77

I en meget nylig undersøgelse (2019) påpeger Arystarkhova et al. desuden, at sværhedsgraden af fænotypen ikke kan forklares udelukkende ved reduktion af pumpeaktivitet, og andre cellulære mekanismer er hypoteser ud fra eksperimentelle data, herunder fejlfoldning af protein på Golgi-apparatniveau og deraf følgende forhold mellem gode og dårlige alleler, ved konkurrence.78

Animal in vivo undersøgelser

Der er udviklet flere musemodeller til at studere in vivo konsekvenser af α3 isoformvarianter. Der er fem hovedmodeller, som er blevet undersøgt udtømmende, og som er opsummeret i tabel 2. Den første model blev karakteriseret af Moseley et al (2007).79 Indførelse af en enkelt baseparmutation i intron 4 (α3+/KOI4), med aberrant splejsning, der slår allelen ud (Atp1a3tm1/Ling/+), replikeret af andre forfattere,80,81 disse mus viste både maniacal-lignende fænotype, øget af methamfetaminrespons, og anfald med en øget motorisk aktivitet. I 2013 foreslog Ikeda et al49 en anden musemodel med den store deletion fra 2 til 6 exons (α3+/E2-6): For første gang afslørede de berørte mus dystoni induceret af intracerebellære kainit-injektioner. På grund af den store deletion og det sekventielle aberrantprodukt var det kliniske mønster i de to ovennævnte modeller meget alvorligt og langt fra den menneskelige ATP1A3-fænotype. Clapcote et al71 var de første til at udvikle en musemodel med enkelt nukleotid-substitution, der forårsager en enkelt aminosyre-substitution (I810N, Myshkin α3+/I810N). I sit arbejde beskrev han mus med alvorlige anfald både spontane og fremkaldt af vestibulær stress (løb, spring), adfærdsstop (fryselignende) og død efter partielle komplekse anfald med sekundær generalisering. En anden lignende mutantmodel er blevet beskrevet af Hunayan et al. i 2015, der modellerer pAsp801Asn-varianten, kaldet Mashl +/- (α3+/D801N). Modellen minder om mange træk ved AHC såsom dystoni og hemiplegi med cerebellær involvering (ataksi og tremor). For nylig er der blevet rapporteret om en anden musemodel af AHC. Denne nye knock-in musemodel (Atp1a3E815K+/-, Matoub, Matb+/-) udtrykker E815K-mutationen i Atp1a3-genet (den mest alvorlige almindelige fænotype af AHC).83 I deres elegante undersøgelse viste forfatterne klart, at muterede mus udtrykte adfærdsmæssige og neurofysiologiske træk, der ligner den mest alvorlige form af AHC. Især var det motoriske initiativ dårligt, den motoriske præstation var dybt forringet (f.eks. koordination, balance, unormal gang), og interessant nok blev det observeret, at mange mus, bortset fra epilepsi, døde under spontane anfald eller provokerede anfald for pludselig uventet død i epilepsi (SUDEP).83 Bemærkelsesværdigt er det, at hemiplegi og dystoni-episoderne både var spontane og fremkaldt af et højt stressniveau (f.eks. vandkontakt eller burskifte), sandsynligvis i den menneskelige fænotype. Det er bemærkelsesværdigt at understrege, at selv om der er forskelle mellem de foreslåede modeller, er nogle træk fælles, herunder hjernens hyperexcitabilitet, motoriske abnormiteter (spontane eller provokerede) og adfærdsændringer, i overensstemmelse med en central rolle for ATP1A3 i hjernens funktion.

Tabel 2 Oversigt over prækliniske musemodeller af ATP1A3-mutationer relateret til AHC

Konklusion

Med den voksende fremkomst af nye fænotyper relateret til ATP1A3 sammen med den høje tilgængelighed til genetiske tests i denne nye æra, klinikere og forskere har fornyet deres interesse for ATP1A3-relaterede lidelser. Især siden opdagelsen af, at ATP1A3-mutationer er årsag til AHC, er der gjort en stor indsats for at forstå, hvordan forstyrrelser af normale funktioner i ATPaseaktiviteten kan føre til forskellige fænotyper af sygdommen. Selv om mange af de patogene mekanismer, der bidrager til AHC og RDP, stadig er ukendte, er AHC-fænotyperne blevet bedre forstået og afgrænset, og derfor har man i de seneste år forsøgt at foretage en genotype-fænotype-korrelation med henblik på at klassificere de vigtigste diskrete fænotyper. AHC er en kompleks tilstand, hvor det kliniske billede omfatter paroxysmale hændelser, der svinger over tid, dystoni, epilepsi, ataksi samt intellektuel funktionsnedsættelse og adfærdsforstyrrelser; derfor er det meget vigtigt at forstå det naturlige forløb, prognosen og forventningerne for patienternes pleje, klinikere og plejepersonale. For de tre hyppigste og mest tilbagevendende mutationer i befolkningen (som vist i figur 3) er vi rimeligt i stand til at vide, hvordan det kliniske forløb vil være, hvilke tilstande vi skal behandle, og måske forudsige prognosen. Desværre forbliver en forholdsvis lille procentdel af patienterne uden diagnose eller falder ikke ind under en af disse tre diskrete fænotypiske kategorier; de fleste af dem udviser neurologiske tegn og symptomer, der er forbundet med forskellige variationer, og som afslører karakteren af ATP1A3-sygdommens kontinuumsspektrum. Ikke desto mindre er det for alle patienterne et mål at forstå de ultimative molekylære mekanismer, der ligger til grund for forstyrrelserne i ATP1A3-proteinets funktion, for at opnå nye terapeutiske metoder. In vitro-modellering samt dyremodeller af sygdomme, der i stigende grad fænotypificerer den kliniske tilstand hos mennesker, er lovende rammer, hvor der kan udvikles ny effektiv behandling.