Emiplegia alternante dell’infanzia: Understanding the Genotype-Phenotype Relationship of ATP1A3 Variations

Introduzione

Descritta per la prima volta nel 1971 da Verret e Steele in 8 bambini,1 la sindrome dell’emiplegia alternante dell’infanzia (AHC, OMIM #614820) è stata definita solo 9 anni dopo da Krägeloh e Aicardi,2 che hanno descritto cinque nuovi casi e rivisto i rapporti precedenti discutendo la nosologia di questa entità. Criteri diagnostici specifici per AHC, chiamati “criteri di Aicardi”, sono stati proposti per la prima volta nel 1993.3 Da allora, i criteri originali sono stati periodicamente aggiornati, al fine di sostenere il riconoscimento clinico di questo peculiare disturbo del neurosviluppo.4-7

Nel 2012, due gruppi di ricerca indipendenti – un consorzio internazionale8 e un gruppo tedesco9 – hanno identificato mutazioni eterozigoti de novo in ATP1A3 come causa di AHC. Poco dopo, uno studio giapponese ha replicato questa scoperta,10 fornendo ulteriori prove che le mutazioni ATP1A3 causano AHC.

Mutazioni eterozigoti ATP1A3 erano già state segnalate per causare un’altra entità precedentemente descritta su base clinica: il distonia-parkinsonismo a insorgenza rapida (RDP, DYT12, OMIM #128235), un raro e particolare disturbo del movimento ereditato in modo autosomico dominante.11 Nel 2014, ATP1A3 sono stati segnalati per causare un’altra entità neurologica: atassia cerebellare, areflessia, pes cavus, atrofia ottica e perdita uditiva neurosensoriale (CAPOS) sindrome (OMIM #601338).12,13 Inoltre, negli ultimi anni, sono emersi altri due fenotipi legati alle mutazioni di ATP1A3: l’epilessia infantile precoce con encefalopatia (EIEE)14,15 e il fenotipo RECA (recurrent encephalopathy with cerebellar ataxia).16,17

La maggior parte dei pazienti con varianti patogene ATP1A3 rientrano in uno di questi fenotipi,18 che sono alla base di un sottoinsieme quasi non sovrapponibile di mutazioni causali.19,20 Tuttavia, alcuni individui mostrano caratteristiche atipiche o combinano caratteristiche di due o più di questi fenotipi principali.20-24 D’altra parte, alcune varianti patogene sono state segnalate per causare diversi fenotipi, anche nella stessa famiglia.4,25-27 Di conseguenza, è stato proposto di considerare i disturbi legati all’ATP1A3 come un continuum clinico piuttosto che entità distinte, con un modello dipendente dall’età di comparsa e progressione di diversi segni e sintomi.16,18,19

Nonostante il crescente numero di segnalazioni che descrivono forme intermedie e sovrapposte tra i principali fenotipi ATP1A3-correlati, l’AHC rimane una sindrome ben definita e riconoscibile, la cui identificazione clinica è essenziale per orientare le indagini molecolari.

In questa rassegna, riassumiamo le conoscenze sull’AHC, concentrandoci sugli indizi diagnostici clinici, sulle correlazioni genotipo-fenotipo e sull’effetto funzionale delle varianti ATP1A3 di questa condizione.

Caratteristiche cliniche

AHC classico

AHC è un particolare disturbo del neurosviluppo caratterizzato da una costellazione di manifestazioni neurologiche parossistiche, tra cui episodi ricorrenti di emiplegia che coinvolgono entrambi i lati del corpo e si alternano in lateralità sono il segno distintivo di questa malattia.18 Gli attacchi quadriplegici possono verificarsi isolatamente o come generalizzazione di un attacco emiplegico. Inoltre, le manifestazioni parossistiche includono incantesimi tonici o distonici (di un arto, di un emibody o generalizzati), anomalie oculomotorie e fenomeni disautonomici (midriasi uni- o bilaterale, vampate, pallore) possono verificarsi da soli o in associazione con attacchi emiplegici.19 Gli episodi parossistici si verificano di solito prima dei 18 mesi di età, con un’età mediana di esordio di 3-5 mesi. Tuttavia, l’insorgenza può variare dal periodo neonatale a 4 anni di età.

I movimenti oculari anomali parossistici (tra cui nistagmo monoculare e binoculare, strabismo, sguardo disconiugato, bobbing oculare, flutter oculare) sono spesso le prime manifestazioni neurologiche, che si verificano in isolamento prima dell’insorgenza di altri episodi parossistici.28

Gli eventi parossistici riconoscono tipicamente fattori scatenanti emotivi o ambientali (esercizio fisico, esposizione a luce, suoni o acqua calda, cibi specifici), mentre i sintomi sono alleviati dal sonno e dai periodi successivi al risveglio.7 È stata riportata un’elevata variabilità nella durata e nella frequenza dei parossismi, anche nello stesso paziente, che durano da minuti a giorni interi e si verificano fino a più volte al giorno.28

Oltre alle manifestazioni parossistiche, l’AHC è anche caratterizzata da persistenti anomalie neurologiche interictali, la cui prevalenza aumenta con l’età. I problemi di sviluppo (ritardo del linguaggio e della parola, deficit cognitivi, problemi comportamentali) con vari gradi di gravità sono il reperto più comune, seguito da disartria, atassia, corea, distonia e, meno frequentemente, segni del tratto piramidale.7,27,29 Il deterioramento neurologico può mostrare una progressione graduale, con discreto declino motorio o cognitivo dopo un episodio parossistico prolungato. I deficit neurologici fissi spesso mostrano un gradiente di gravità rostrocaudale, con la gravità della distonia oro-mandibolare e la disartria che supera la gravità della distonia degli arti superiori e inferiori.7

Fino al 50% dei pazienti AHC sviluppa crisi epilettiche.4,5,30,31 L’epilessia può essere focale o generalizzata, con molteplici tipi di crisi e localizzazioni, ed è spesso resistente ai farmaci. Inoltre, è stato riportato un alto tasso di frequenza e di ricorrenza dello status epilepticus refrattario.32

L’ultima versione dei criteri clinici per l’AHC riconosce criteri maggiori (diagnostici) e minori (di supporto), e include una serie di definizioni standardizzate per una descrizione semplificata degli episodi parossistici, al fine di fornire agli operatori sanitari un linguaggio più accessibile per documentare gli eventi.7 In particolare i criteri includevano 1) l’inizio dei sintomi prima dei 18 mesi, 2) ripetuti episodi di emiplegia alternati lateralmente o 3) ripetuti episodi di tetraplegia o plegia, 4) altri episodi parossistici inclusi attacchi distonici, 5) anomalie oculomotorie o sintomi automatici, 6) scomparsa dei sintomi con il sonno e 7) evidenza di ritardo nello sviluppo e/o altre anomalie neurologiche come distonia, atassia o corea.7 Da un punto di vista farmacologico, i farmaci più frequentemente utilizzati nell’AHC sono la flunarizina, le benzodiazepine, la carbamazepina, i barbiturici e l’acido valproico. È stato selvaggiamente dimostrato che la flunarizina e le benzodiazepine mostrano un miglioramento maggiore negli episodi distonici o plegici.5 Mikati et al hanno dimostrato in particolare che la flunarizina, un calcio antagonista, riduce la durata, la gravità e la frequenza degli attacchi emiplegici fino all’80% dei pazienti AHC.33

D’altra parte, gli antipsicotici, gli inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina, il gabapentin e l’acetazolamide erano invariabilmente inefficaci.5

Assi AHC atipica

Oltre al fenotipo AHC classico, sono state descritte diverse caratteristiche atipiche. Per quanto riguarda l’età di esordio, è stata descritta una comparsa ritardata degli attacchi emiplegici fino a 4 anni di età.25 Per quanto riguarda il deterioramento cognitivo, sono stati riportati casi lievi con sviluppo normale.33 Altre caratteristiche non comuni includono un fenotipo prevalentemente distonico, l’assenza di attacchi tetraplegici,33 o la comparsa di monoplegia alternata degli arti superiori.34

Inoltre, alcuni pazienti combinano i tipici parossismi AHC con le caratteristiche dell’encefalopatia ad esordio precoce14,35,36 o della RDP.23,37-Oltre all’AHC, è stata descritta un’entità nosologica distinta con un decorso più lieve, caratterizzata da episodi di debolezza unilaterale o bilaterale che insorgono esclusivamente durante il sonno.40-Sebbene la prima segnalazione di questa condizione risalga alla descrizione originale dell’AHC da parte di Verret e Steele,1 la sua nosologia distinta è stata riconosciuta solo nel 1994, quando il termine emiplegia alternata notturna benigna dell’infanzia (BNAHC) è stato proposto per differenziare questa entità dall’AHC.40 Nella BNAHC, gli attacchi (emi)plegici insorgono solo dal sonno e non c’è progressione verso la compromissione neurologica o intellettuale. Inoltre, mancano altri eventi parossistici come incantesimi tonici o distonici e anomalie oculomotorie.40,41 Ad oggi, sono stati riportati 14 casi di BNAHC, tutti tranne uno che colpisce i ragazzi.42 Anche se raramente testato, non è stata descritta alcuna associazione tra BNAHC e mutazioni ATP1A3.42 Tra i 14 pazienti, solo 2 hanno eseguito un’analisi di Whole Exome Sequencing (WES) e solo in 1 caso è stata rivelata una microdelezione eterozigote 16p11.2 che coinvolge, tra gli altri il gene PRRT2. PRRT2 codifica per una proteina transmembrana contenente un dominio ricco di prolina ed è associato alla discinesia episodica kinesigenica-1 (OMIM #128200).42 Sebbene siano stati riportati diversi casi familiari,40,41,45 la base genetica (se esiste) di questa condizione è ancora sfuggente. Un’adeguata analisi WES dovrebbe essere eseguita per indagare meglio questa condizione e dovrebbe essere considerato il ruolo di ulteriori fattori genetici regolatori.

Ruolo della rottura del gene ATP1A3

Struttura e funzione della Na+/K+-ATPasi

I geni ATP1A1-4 codificano per quattro subunità α – rispettivamente α1-4 – della Na+/K+ ATPasi. La pompa è espressa ubiquitariamente nel sistema nervoso centrale (SNC) ed è costituita da quasi due subunità: una alfa (α – contenente il sito catalitico per l’idrolisi dell’ATP e il legame degli ioni) e una beta (β, responsabile del patrimonio strutturale e funzionale della subunità α).47 Sebbene l’isoforma α1 sia presente in tutto il SNC e la α2 negli astrociti, la α3 è espressa solo nei neuroni – neuroni GABAergici in tutti i nuclei dei gangli della base (striato, globus pallidus, nucleo subtalamico, e substantia nigra), diversi nuclei talamici, corteccia, cervelletto, nucleo rosso, e diverse aree del mesencefalo (nucleo reticolotegmentale del pons) e ippocampo;48 mentre l’espressione non era significativa nelle cellule dopaminergiche della substantia nigra.49,50 Questa pompa ionica è essenziale per il mantenimento dell’omeostasi elettrogenica delle cellule neurali, scambiando ioni Na+ e K+ attraverso la membrana plasmatica accoppiati all’idrolisi dell’ATP, impostando il potenziale di membrana sia a riposo (α1) che dopo un potenziale d’azione (α2, α3).

L’isoforma α3 è codificata dal gene ATP1A3 (OMIM #182350) sul cromosoma 19q13 che codifica per la subunità α3 della Na+/K+-ATPasi, un’ATPasi transmembrana ubiquitaria ed elettrogenica descritta per la prima volta nel 195751 e situata sul lato citosolico della membrana plasmatica esterna.52 Esportando 3 ioni Na+ e importando 2 ioni K+ per ogni singola molecola di ATP idrolizzata, la Na+/K+-ATPasi mantiene il gradiente di una maggiore concentrazione extracellulare di Na+ e un maggiore livello intracellulare di K+.53,54

Anche se α3 è la subunità prevalentemente espressa nei neuroni, alcuni neuroni esprimono α1 – che è prevalentemente espresso nelle cellule gliali. Rispetto ad α1, la subunità α3 mostra una minore affinità per Na+ e K+, e una minore dipendenza dal voltaggio, permettendo una rapida normalizzazione del gradiente transmembrana dopo una serie di potenziali d’azione.55

La subunità α della Na+/K+-ATPasi contiene 3 regioni citoplasmatiche e una transmembrana. I domini citoplasmatici includono il dominio di fosforilazione (“P”), il dominio di legame al nucleotide (“N”) e il dominio attuatore (“A”).53 Come negli altri membri della superfamiglia delle ATPasi di tipo P, la Na+/K+-ATPasi forma un intermedio fosforilato durante il ciclo di reazione. Il dominio P ospita una sequenza altamente conservata Asp-Lys-Thr-Gly-Lys, il cui residuo aspartato (che cade in posizione 366) viene fosforilato dal trasferimento del gruppo γ-fosfato di una molecola di ATP.56 Il dominio A contiene un motivo Thr-Gly-Glu-Ser che lega, attraverso il residuo glutammato, la molecola d’acqua necessaria per l’idrolisi dell’aspartil-fosfato nel sito catalitico.57 La regione transmembrana è composta da 10 eliche transmembrana (TM1-10), di cui le eliche TM4-6 contengono i siti di legame dei cationi e TM8 contribuisce al legame del terzo ione Na+.57,58

Per permettere lo scambio di ioni, durante il ciclo di reazione la proteina subisce cambiamenti conformazionali critici, invertendo l’accessibilità e la specificità dei siti di legame dei cationi.59 Nel cosiddetto stato E1, la subunità α è accessibile dal lato citoplasmatico ed è Na+-selettiva. Il legame di 3 Na+ innesca la fosforilazione del residuo Asp366 dell’ATP, portando allo stato E1P. Come risultato, gli ioni Na+ sono trasportati attraverso la membrana e rilasciati sul lato extracellulare. Con il rilascio di Na+, la proteina si trasforma nello stato E2P, che è una conformazione extracellulare accessibile e selettiva al K+. Il legame di 2 ioni K+ sul lato citoplasmatico innesca la defosforilazione per idrolisi del residuo Asp366, con transizione allo stato E2. Il legame a bassa affinità di una molecola di ATP allo stato E2 stimola la transizione allo stato E1, la cui bassa affinità per gli ioni K+ ne determina il rilascio nel citosol. La maggiore affinità per l’ATP e gli ioni Na+ dello stato E1 causa il legame del Na+ e la seguente fosforilazione del dominio P. La rotazione del dominio A e i riarrangiamenti di TM1-6 mediano queste transizioni conformazionali.59-64

La subunità β – di cui esistono tre isoforme differenzialmente espresse (β1-3) – agisce come un chaperon molecolare che facilita il trasporto dal reticolo endoplasmatico alla membrana plasmatica della subunità α e permette il suo corretto ripiegamento e integrazione nella membrana.65,66

Oltre al trasporto di ioni attraverso la membrana cellulare, la Na+/K+-ATPasi ha dimostrato di avere diverse funzioni, tra cui la modulazione della trasduzione del segnale attraverso le cascate PI3K, PLC-γ e MAPK, le interazioni proteiche con altri enzimi transmembrana e proteine di impalcatura e la regolazione di altre attività del trasportatore.20,67,68

Localizzazione ed effetto delle varianti patogene di ATP1A3

Come mostrato nella Figura 1, le mutazioni di ATP1A3 interessano l’intera sequenza codificante. A differenza delle mutazioni che causano RDP – che sono distribuite in tutto il gene – le varianti che causano AHC si trovano più frequentemente negli esoni 17 e 18.20 Per quanto riguarda il dominio funzionale interessato, la maggior parte delle varianti che causano AHC colpiscono i siti di legame degli ioni o i segmenti transmembrana che ospitano i residui di legame (Figura 2).57 Un gruppo minore di mutazioni si trova nelle eliche transmembrana diverse dai segmenti di legame degli ioni. Inoltre, diverse mutazioni interessano le estensioni citoplasmatiche delle eliche transmembrana TM3-5, che collegano queste eliche con i domini citoplasmatici A, N e P (le cosiddette mutazioni “stalk”).57 Quest’ultimo dominio citoplasmatico è stato trovato per ospitare diverse varianti che causano AHC, mentre un piccolo gruppo di varianti patogene è stato trovato per colpire l’anello extracellulare tra TM7 e TM8.

Figura 1 Distribuzione delle varianti che causano AHC lungo il gene ATP1A3 e l’mRNA.Nota: Le colonne mostrano il numero di varianti che causano AHC (barre grigio chiaro) e il numero totale di varianti patogene ATP1A3 (barre grigio scuro) riportati in ogni esone.Abbreviazioni: AHC, emiplegia alternata dell’infanzia; Nt, nucleotidi; bp, paia di basi.

Figura 2 Posizione delle varianti causanti AHC nella proteina ATP1A3.Note: I punti bianchi mostrano le varianti che causano AHC, i punti neri indicano le varianti che causano EIEE con la presenza di attacchi emiplegici, i punti blu e bianchi mostrano le varianti che causano sia RDP che AHC. Secondo la localizzazione dei domini funzionali, le varianti sono divise in varianti del sito di legame ionico (nero), varianti di membrana (blu), varianti del gambo (verde), varianti del dominio P (viola) e varianti extracellulari (rosso). I tre diversi domini citosolici della proteina ATP1A3 sono indicati in rosso (dominio A), verde (dominio N) e blu (dominio P): AHC, emiplegia alternata dell’infanzia; EIEE, encefalopatia epilettica infantile precoce; RDP, distonia-parkinsonismo a rapida insorgenza.

Come risultato, ci si aspetta che una vasta proporzione di varianti che causano AHC influenzino il legame e il trasporto degli ioni, mentre un altro gruppo consistente di mutazioni dovrebbe influenzare la fosforilazione dell’enzima.57

Per alcune delle mutazioni dei siti di legame ionico (Asp801Asn, Asp923Asn, Ser137Tyr, Phe780Leu, Ile810Asn), è stata fornita l’evidenza sperimentale di un legame Na+ difettoso,69-71 mentre per altre varianti il legame Na+ compromesso è stato dimostrato con mutazioni che interessano il residuo corrispondente nel paralogo α1.57 Da notare che poche mutazioni sono state riportate nelle eliche transmembrana lontane dai siti di legame agli ioni (come TM1-2 e TM9-10). È interessante notare che le varianti che interessano il dominio N-citoplasmatico o il dominio C-terminale sono state descritte solo in RDP.

Correlazione genotipo-fenotipo

Emergenza e frequenza delle diverse varianti che causano AHC

Anche se AHC è un disturbo sporadico dovuto a varianti de novo, sono stati riportati pochi casi ereditati autosomici dominanti.4,25,26,72 Il mosaicismo germinale è stato riportato in casi familiari di altri disordini legati ad ATP1A3,73 ma finora non è stato descritto in AHC.

Nonostante il crescente numero di varianti patogene riportate, i maggiori studi di coorte condotti in diverse popolazioni (coorti europee, nordamericane e cinesi) hanno dimostrato che tre varianti rappresentano circa il 60% di tutti i casi.4,30,74 In particolare, la variante p.Asp801Asn è stata trovata per causare il 30-43% di tutti i casi, p.Glu815Lys è responsabile del 16-35% dei casi e p.Gly947Arg rappresenta l’8-15% (Figura 3).

Figura 3 Frequenza delle varianti causanti AHC in diverse coorti.Note: Il grafico mostra la frequenza relativa delle varianti che interessano ogni specifico residuo ATP1A3 in una coorte nordamericana (linea blu, N= 151), europea (linea rossa, N= 130) e cinese (linea nera, N= 45). I picchi sono espressi come percentuale del numero totale di pazienti AHC in ogni coorte. I tre punti caldi per le varianti che causano AHC (Asp801, Glu915 e Gly947) sono indicati sopra il picco corrispondente: AHC, emiplegia alternata dell’infanzia.

Come precedentemente affermato, la posizione delle mutazioni ATP1A3 lungo la sequenza codificante mostra una correlazione genotipo-fenotipo dello spettro clinico ATP1A3. Solo mutazioni specifiche – in particolare vicino ai domini transmembrana – e di conseguenza alterazioni della proteina risultano in AHC (Rosewich H. Neurology 2014).27

Tre mutazioni missense ricorrenti contano per il 60% di tutti i casi di AHC. Il 15% delle AHC non ha alcuna mutazione identificata ma soddisfa i criteri clinici. In un recente rapporto di Panagiotakaki al. i dati clinici di un’ampia coorte di 155 pazienti del Consorzio internazionale di AHC sono stati profondamente rivisti ed è stato fatto un tentativo di correlazione discreto genotipo-fenotipo.30 In primo luogo, è interessante notare che le mutazioni ATP1A3 sono state rilevate nell’85% dei pazienti, confermando che un piccolo gruppo di pazienti ha soddisfatto i criteri per AHC senza alcuna diagnosi genetica molecolare. Lo studio ha anche confermato l’incidenza relativa delle tre mutazioni più comuni: p.Asp801Asn, p.Glu815Lys e p.Gly947Arg. Di queste, Glu815Lys è stata associata a un fenotipo più grave, con epilessia resistente ai farmaci, profonda disabilità intellettuale e distonia grave come risultati neurologici principali. p.Asp801Asn sembra essere associata a un fenotipo più lieve con insorgenza più tardiva degli eventi parossistici e meno frequenti attacchi plegici; la maggior parte dei pazienti presenta una disabilità intellettuale moderata con un tasso più elevato di problemi comportamentali. La p.Gly947Arg sembra correlare con una prognosi positiva; l’insorgenza dell’evento parossistico è la più tardiva rispetto alle altre due mutazioni, inoltre non è stata riportata una grave disabilità intellettiva. In conclusione, le tre mutazioni mostrano un gradiente di gravità dei sintomi: p.Glu815Lys > p.Asp801Asn > p.Gly947Arg. La tabella 1 riassume lo spettro clinico associato alle tre mutazioni più comuni.

Tabella 1 Caratteristiche cliniche delle più comuni varianti ATP1A3 che causano AHC

Evidenza da studi in vitro e in vivo

Un grande contributo per spiegare l’eterogeneità clinica associata alle mutazioni ATP1A3 e per migliorare le nostre conoscenze e sviluppare nuove strategie terapeutiche, deriva da modelli cellulari e animali.

Studi cellulari

Nel neurone che presenta la mutazione dell’allele α3, la Na+/K+ ATPasi mostra una ridotta affinità al sodio, portando ad un’elevata concentrazione intracellulare di Na+ con molti possibili eventi drammatici come l’aumento dell’afflusso di ioni Ca++ nella cellula con effetti tossici e liberazione di aminoacidi eccitatori.50 Inoltre, è stato ipotizzato che un alterato uptake di dopamina secondario all’anomalo gradiente di Na+ sia parzialmente responsabile della sindrome ATPase related.4,75 Questa alterazione porta a distonia e/o parkinsonismo senza degenerazione della via nigrostriatale,54,75 ma non è stata dimostrata dallo studio PET e DAT-SCAN nel paziente RDP, il che spiega la mancanza di risposta alla levodopa in questi pazienti.76

L’eterogeneità nello spettro fenotipico mostrato dai pazienti AHC e dai pazienti con RDP suggerisce diverse conseguenze cellulari sottostanti rilevanti per i meccanismi patologici. In generale, dalla prima descrizione e caratterizzazione delle mutazioni ATP1A3 associate a AHC,8 l’attività della pompa Na+/K+ sembra essere responsabile della patogenicità in AHC. Così, era ragionevole che nella RDP, la maggior parte delle mutazioni colpisse l’espressione della proteina e della superficie cellulare, e nella AHC, un’alterata attività della pompa potrebbe spiegare il fenotipo.8 Diversi studi sono stati condotti per chiarire tale questione71,77 e un approccio utile è stato quello di utilizzare cellule staminali pluripotenti indotte (iPS). Recentemente, in un modello di cellule iPS derivate da neuroni di pazienti AHC portatori della mutazione missenso p.Gly947Arg, sono stati dimostrati livelli più bassi di corrente di uscita sensibile all’ouabaina (un trasporto netto verso l’esterno di ioni Na+) rispetto ai controlli.77 Inoltre, come può essere previsto da una minore concentrazione intracellulare di ioni K+, i neuroni mostrano un potenziale di membrana a riposo simile alle cellule a riposo con eccitabilità alterata, che tratta l’ipotesi di un meccanismo di perdita di funzione.77

Inoltre, in uno studio molto recente (2019), Arystarkhova et al sottolineano che la gravità del fenotipo non può essere spiegata solo dalla riduzione dell’attività della pompa e dai dati sperimentali si ipotizzano altri meccanismi cellulari, tra cui il misfolding della proteina a livello dell’apparato di Golgi e il conseguente rapporto tra alleli buoni e cattivi, per competizione.78

Studi animali in vivo

Sono stati sviluppati diversi modelli murini per studiare le conseguenze in vivo delle varianti della isoforma α3. Ci sono cinque modelli principali che sono stati studiati in modo esaustivo, riassunti nella tabella 2. Il primo modello è stato caratterizzato da Moseley et al (2007).79 Introducendo una mutazione di una singola coppia di basi nell’introne 4 (α3+/KOI4), con splicing aberrante che mette fuori uso l’allele (Atp1a3tm1/Ling/+), replicato da altri autori,80,81 questi topi mostravano sia il fenotipo maniacale, aumentato dalla risposta alla metanfetamina, che le convulsioni con una maggiore attività motoria. Nel 2013, Ikeda et al49 hanno proposto un altro modello di topo con la grande delezione da 2 a 6 esoni (α3+/E2-6): per la prima volta, i topi affetti hanno rivelato distonia indotta da iniezioni di kainite intracerebellare. A causa della grande delezione e il prodotto aberrante sequenziale, il modello clinico dei due modelli di cui sopra era molto grave e lontano dal fenotipo umano ATP1A3. Clapcote et al71 sono stati i primi a sviluppare un modello di topo con sostituzione di un singolo nucleotide che causa una sostituzione di un singolo aminoacido (I810N, Myshkin α3+/I810N). Nel suo lavoro, ha descritto topi con gravi convulsioni sia spontanee che evocate da stress vestibolare (corsa, salto), arresto comportamentale (freezing-like) e morte dopo crisi parziali complesse con generalizzazione secondaria. Un altro modello mutante simile è stato descritto da Hunayan et al nel 2015, modellando la variante pAsp801Asn, chiamata Mashl +/- (α3+/D801N). Il modello richiama molte caratteristiche di AHC come distonia ed emiplegia, con coinvolgimento cerebellare (atassia e tremore). Recentemente è stato riportato un altro modello murino di AHC. Questo nuovo modello di topo knock-in (Atp1a3E815K+/-, Matoub, Matb+/-) esprime la mutazione E815K del gene Atp1a3 (il fenotipo comune più grave di AHC).83 Nel loro elegante studio, gli autori hanno chiaramente dimostrato che i topi mutati esprimevano caratteristiche comportamentali e neurofisiologiche, simili alla forma più grave di AHC. In particolare, l’iniziativa motoria era scarsa, le prestazioni motorie erano profondamente compromesse (ad esempio, coordinazione, equilibrio, andatura anormale), e curiosamente, oltre all’epilessia, molti topi sono stati osservati passare durante le crisi spontanee o le crisi provocate per la morte improvvisa inaspettata nell’epilessia (SUDEP).83 Da notare, gli episodi di emiplegia e distonia erano sia spontanei che indotti da un alto livello di stress (ad esempio, contatto con l’acqua o cambio di gabbia), probabilmente nel fenotipo umano. È degno di nota sottolineare che, sebbene esistano differenze tra i modelli proposti, alcune caratteristiche sono comuni tra cui l’ipereccitabilità cerebrale, anomalie motorie (spontanee o provocate) e alterazioni del comportamento, secondo un ruolo centrale di ATP1A3 nel funzionamento del cervello.

Tabella 2 Riassunto dei modelli pre-clinici di topo delle mutazioni di ATP1A3 relative a AHC

Conclusione

Con la crescente emergenza di nuovi fenotipi relativi a ATP1A3 insieme all’alta accessibilità ai test genetici in questa nuova era, clinici e scienziati hanno rinnovato il loro interesse per i disturbi legati all’ATP1A3. In particolare, dalla scoperta che le mutazioni di ATP1A3 sono causative di AHC, sono stati fatti grandi sforzi per capire come l’interruzione delle normali funzioni dell’attività dell’ATPasi possa portare a diversi fenotipi della malattia. Anche se molti meccanismi patogenetici che contribuiscono a AHC e RDP sono ancora sconosciuti, i fenotipi AHC sono stati meglio compresi e delineati, quindi, negli ultimi anni, una correlazione genotipo-fenotipo è stata tentata al fine di classificare i principali fenotipi discreti. L’AHC è una condizione complessa in cui il quadro clinico include eventi parossistici fluttuanti nel tempo, distonia, epilessia, atassia così come disabilità intellettuale e disturbi comportamentali; di conseguenza, comprendere il corso naturale, la prognosi e l’aspettativa è molto importante per la cura dei pazienti, i clinici e i care-givers. Per le tre mutazioni più frequenti e ricorrenti nella popolazione (come mostrato nella Figura 3), siamo ragionevolmente in grado di sapere quale sarà il decorso clinico, quali condizioni dobbiamo trattare e forse, prevedere la prognosi. Purtroppo, una percentuale relativamente piccola di pazienti rimane senza diagnosi o non rientra in una di queste tre categorie fenotipiche discrete; la maggior parte di loro presenta segni e sintomi neurologici variamente associati che rivelano la natura dello spettro continuo della malattia ATP1A3. Tuttavia, per tutti i pazienti, la comprensione dei meccanismi molecolari alla base delle interruzioni della funzione della proteina ATP1A3 è l’obiettivo di raggiungere nuovi approcci terapeutici. La modellazione in vitro e i modelli animali di malattia che fenotipizzano sempre più la condizione clinica umana sono il quadro promettente in cui possono essere sviluppati nuovi trattamenti efficaci.