Hemiplegia alternantă a copilăriei: Understanding the Genotype-Phenotype Relationship of ATP1A3 Variations

Introducere

Descris pentru prima dată în 1971 de Verret și Steele la 8 copii,1 sindromul de hemiplegie alternantă a copilăriei (AHC, OMIM #614820) a fost definit abia 9 ani mai târziu de Krägeloh și Aicardi,2 care au descris cinci cazuri noi și au revizuit rapoartele anterioare care discutau nosologia acestei entități. Criteriile de diagnostic specifice pentru AHC, denumite „criteriile Aicardi”, au fost propuse pentru prima dată în 1993.3 De atunci, criteriile originale au fost actualizate periodic, pentru a sprijini recunoașterea clinică a acestei tulburări de neurodezvoltare specifice.4-7

În 2012, două grupuri de cercetare independente – un consorțiu internațional8 și un grup german9 – au identificat mutații heterozigote de novo în ATP1A3 ca fiind cauza AHC. La scurt timp după aceea, un studiu japonez a replicat această constatare10 , furnizând dovezi suplimentare că mutațiile ATP1A3 cauzează AHC.

Mutațiile eterozigote ATP1A3 fuseseră deja raportate ca fiind cauza unei alte entități descrise anterior pe bază clinică: distonia-parkinsonism cu debut rapid (RDP, DYT12, OMIM #128235), o tulburare de mișcare rară și particulară moștenită într-o manieră autosomal dominantă.11 În 2014, ATP1A3 au fost raportate ca fiind cauza unei alte entități neurologice: sindromul de ataxie cerebeloasă, areflexie, pes cavus, atrofie optică și hipoacuzie neurosenzorială (CAPOS) (OMIM #601338).12,13 În plus, în ultimii ani, au apărut alte două fenotipuri legate de mutațiile ATP1A3: epilepsia infantilă precoce cu encefalopatie (EIEE)14,15 și fenotipul encefalopatie recurentă cu ataxie cerebeloasă (RECA).16,17

Majoritatea pacienților cu variante patogene ale ATP1A3 se încadrează într-unul dintre aceste fenotipuri,18 care stau la baza unui subset de mutații cauzale care aproape că nu se suprapun.19,20 Cu toate acestea, unii indivizi prezintă trăsături atipice sau combină caracteristicile a două sau mai multe dintre aceste fenotipuri majore.20-24 Pe de altă parte, unele variante patogene au fost raportate ca fiind cauza unor fenotipuri diferite, chiar și în aceeași familie.4,25-27 Ca urmare, s-a propus să se considere tulburările legate de ATP1A3 mai degrabă ca un continuum clinic decât ca entități distincte, cu un model de apariție și progresie a diferitelor semne și simptome în funcție de vârstă.16,18,19

În ciuda numărului din ce în ce mai mare de rapoarte care descriu forme intermediare și suprapuse între principalele fenotipuri legate de ATP1A3, AHC rămâne un sindrom bine definit și recognoscibil, a cărui identificare clinică este esențială pentru orientarea investigațiilor moleculare.

În această recenzie, rezumăm cunoștințele despre AHC, concentrându-ne pe indicii de diagnostic clinic, corelații genotip-fenotip și efectul funcțional al variantelor ATP1A3 ale acestei afecțiuni.

Caracteristici clinice

AHC clasică

AHC este o tulburare particulară de neurodezvoltare caracterizată de o constelație de manifestări neurologice paroxistice, printre care episoadele recurente de hemiplegie care implică ambele părți ale corpului și care alternează în lateralitate sunt semnul distinctiv al acestei boli.18 Atacurile cvadriplegice pot apărea în mod izolat sau ca o generalizare a unui atac hemiplegic. În plus, manifestările paroxistice includ crize tonice sau distonice (fie ale unui membru, fie ale unui hemicorp sau generalizate), anomalii oculomotorii și fenomene disautonomice (midriază uni- sau bilaterală, roșeață, paloare) pot apărea singure sau în asociere cu atacurile hemiplegice.19 Episoadele paroxistice apar de obicei înainte de vârsta de 18 luni, cu o vârstă mediană de debut de 3-5 luni. Cu toate acestea, debutul poate varia din perioada neonatală până la vârsta de 4 ani.

Mișcările oculare anormale paroxistice (inclusiv nistagmusul monocular și binocular, strabismul, privirea deconjugată, bobbing-ul ocular, flutterul ocular) sunt adesea primele manifestări neurologice, apărând izolat înainte de debutul altor crize paroxistice.28

Evenimentele paroxistice recunosc de obicei factori declanșatori emoționali sau de mediu (exerciții fizice, expunere la lumină, sunete sau apă caldă, alimente specifice), în timp ce simptomele sunt ameliorate de somn și de perioadele de post-deșteptare.7 A fost raportată o mare variabilitate în ceea ce privește durata și frecvența paroxismelor, chiar și la același pacient, care durează de la câteva minute până la zile întregi și apar de până la mai multe ori pe zi.28

Peste manifestările paroxistice, AHC se caracterizează, de asemenea, prin anomalii neurologice persistente, interictale, a căror prevalență crește odată cu vârsta. Problemele de dezvoltare (întârzierea vorbirii și a limbajului, deficite cognitive, probleme de comportament) cu diferite grade de severitate sunt cele mai frecvente constatări, urmate de disartrie, ataxie, coree, distonie și, mai rar, semne ale tractului piramidal.7,27,29 Deteriorarea neurologică poate prezenta o progresie în trepte, cu un declin motor sau cognitiv discret în urma unui episod paroxistic prelungit. Deficitele neurologice fixe prezintă adesea un gradient rostrocaudal de severitate, cu severitatea distoniei oro-mandibulare și a disartriei depășind severitatea distoniei membrelor superioare și inferioare.7

Până la 50% dintre pacienții cu AHC dezvoltă crize epileptice.4,5,30,31 Epilepsia poate fi focală sau generalizată, cu multiple tipuri de crize și localizări, și este adesea rezistentă la medicamente. În plus, a fost raportată o frecvență ridicată și o rată de recurență a statusului epileptic refractar.32

Ultima versiune a criteriilor clinice pentru AHC recunoaște criteriile majore (de diagnostic) și minore (de suport) și include un set de definiții standardizate pentru o descriere simplificată a episoadelor paroxistice, pentru a oferi îngrijitorilor un limbaj mai accesibil pentru documentarea evenimentelor.7 În special, criteriile au inclus 1) debutul simptomelor înainte de 18 luni, 2) episoade repetate de hemiplegie care alternează lateral sau 3) episoade repetate de tetraplegie sau plegie, 4) alte episoade paroxistice, inclusiv atacuri distonice, 5) anomalii oculomotorii sau simptome automate, 6) dispariția simptomelor odată cu somnul și 7) dovezi de întârziere a dezvoltării și/sau alte anomalii neurologice ca distonie, ataxie sau coree.7 Din punct de vedere farmacologic, cele mai frecvente medicamente utilizate în AHC sunt flunarizina, benzodiazepinele, carbamazepina, barbituricele și acidul valproic. S-a demonstrat cu sălbăticie că flunarizina și benzodiazepinele prezintă o ameliorare mai mare a episoadelor distonice sau plegice.5 Mikati et al. au demonstrat în mod deosebit că flunarizina, un antagonist al calciului, reduce durata, severitatea și frecvența crizelor hemiplegice la până la 80% dintre pacienții cu AHC.33

Pe de altă parte, antipsihoticele, inhibitorii selectivi ai recaptării serotoninei, gabapentina și acetazolamida au fost invariabil ineficienți.5

HC atipică

În afară de fenotipul clasic al AHC, au fost descrise mai multe caracteristici atipice. În ceea ce privește vârsta la debut, a fost descrisă o apariție întârziată a crizelor hemiplegice până la vârsta de 4 ani.25 În ceea ce privește afectarea cognitivă, au fost raportate cazuri ușoare cu dezvoltare normală.33 Alte trăsături neobișnuite includ un fenotip predominant distonic, absența atacurilor tetraplegice33 sau apariția monoplegiei alternante a membrelor superioare.34

În plus, unii pacienți combină paroxismele tipice ale AHC cu trăsăturile fie ale encefalopatiei cu debut precoce14,35,36, fie ale RDP.23,37-39

În afară de AHC, a fost descrisă o entitate nosologică distinctă, cu evoluție mai ușoară, caracterizată prin episoade de slăbiciune unilaterală sau bilaterală apărută exclusiv în timpul somnului40.-46 Deși prima raportare a acestei afecțiuni datează de la descrierea originală a AHC de către Verret și Steele,1 nosologia sa distinctă a fost recunoscută abia în 1994, când a fost propus termenul de hemiplegie alternantă nocturnă benignă a copilăriei (BNAHC) pentru a diferenția această entitate de AHC.40 În BNAHC, atacurile (hemi)plegice debutează doar din somn și nu există o evoluție spre afectare neurologică sau intelectuală. În plus, lipsesc alte evenimente paroxistice, cum ar fi crize tonice sau distonice și anomalii oculomotorii.40,41 Până în prezent, au fost raportate 14 cazuri de BNAHC, toate, cu excepția unuia, afectând băieți.42 Deși rar testată, nu a fost descrisă nicio asociere între BNAHC și mutațiile ATP1A3.42 Dintre cei 14 pacienți, doar la 2 dintre ei s-a efectuat o analiză de secvențiere a întregului exom (Whole Exome Sequencing – WES) și doar la 1 caz a fost evidențiată o microdeleție heterozigotă 16p11.2 care implică, printre altele, gena PRRT2. PRRT2 codifică pentru o proteină transmembranară care conține un domeniu bogat în prolină și este asociată cu diskinezia episodică kinetică-1 (OMIM #128200).42 Deși au fost raportate mai multe cazuri familiale,40,41,45 baza genetică (dacă există) a acestei afecțiuni este încă evazivă. Ar trebui efectuată o analiză WES adecvată pentru a investiga mai bine această afecțiune și ar trebui luat în considerare rolul factorilor genetici suplimentari de reglementare.

Rolul întreruperii genei ATP1A3

Na+/K+-ATPază Structura și funcția

Genele ATP1A1-4 codifică pentru patru subunități α – respectiv α1-4 – ale Na+/K+ ATPazei. Pompa este exprimată omniprezent în sistemul nervos central (SNC) și este constituită din aproape două subunități: una alfa (α – care conține situsul catalitic de hidroliză a ATP și de legare a ionilor) și una beta (β, responsabilă de activul structural și funcțional al subunității α).47 Deși izoforma α1 este prezentă în întregul SNC, iar α2 în astrocite, cea α3 este exprimată numai în neuroni – neuroni GABAergici din toți nucleii ganglionilor bazali (striatum, globus pallidus, nucleul subtalamic și substantia nigra), mai mulți nuclei talamici, cortexul, cerebelul, nucleul roșu și mai multe zone ale mezencefalului (nucleul reticulotegmental al pons) și hipocampul;48 în timp ce expresia nu a fost semnificativă în celulele dopaminergice din substantia nigra.49,50 Această pompă de ioni este esențială pentru menținerea homeostaziei electrogenice a celulelor neuronale, schimbând ioni Na+ și K+ prin membrana plasmatică cuplată la hidroliza ATP, stabilind potențialul de membrană atât în potențial de repaus (α1), cât și după un potențial de acțiune (α2, α3).

Izoforma α3 este codificată de gena ATP1A3 (OMIM #182350) de pe cromozomul 19q13 care codifică pentru subunitatea α3 a Na+/K+-ATPazei, o ATPază transmembranară electrogenă omniprezentă, descrisă pentru prima dată în 195751 și localizată pe partea citosolică a membranei plasmatice externe.52 Exportând 3 ioni Na+ și importând 2 ioni K+ pentru fiecare moleculă de ATP hidrolizată, Na+/K+-ATPază menține gradientul unei concentrații extracelulare mai mari de Na+ și un nivel intracelular mai mare de K+.53,54

Deși α3 este subunitatea predominant exprimată în neuroni, unii neuroni exprimă α1 – care este predominant exprimată în celulele gliale. Comparativ cu α1, subunitatea α3 prezintă o afinitate mai mică pentru Na+ și K+ și o dependență mai mică de tensiune, permițând o normalizare rapidă a gradientului transmembranar după o serie de potențiale de acțiune.55

Subunitatea α a Na+/K+-ATPazei conține 3 regiuni citoplasmatice și una transmembranară. Domeniile citoplasmatice includ domeniul de fosforilare („P”), domeniul de legare a nucleotidelor („N”) și domeniul de acționare („A”). 53 Ca și în cazul celorlalți membri ai superfamiliei ATPazei de tip P, Na+/K+-ATPază formează un intermediar fosforilat în timpul ciclului de reacție. Domeniul P adăpostește o secvență foarte conservată Asp-Lys-Thr-Gly-Lys, al cărei reziduu de aspartat (care se află în poziția 366) este fosforilat prin transferul grupului γ-fosfat al unei molecule de ATP.56 Domeniul A conține un motiv Thr-Gly-Glu-Ser care leagă, prin intermediul reziduului glutamat, molecula de apă necesară pentru hidroliza aspartil-fosfatului în situsul catalitic.57 Regiunea transmembranară este compusă din 10 elice transmembranare (TM1-10), dintre care elicele TM4-6 conțin situsurile de legare a cationilor, iar TM8 contribuie la oferirea celui de-al treilea ion Na+.57,58

Pentru a permite schimbul de ioni, în timpul ciclului de reacție, proteina suferă modificări conformaționale critice, inversând accesibilitatea și specificitatea situsurilor de legare a cationilor.59 În așa-numita stare E1, subunitatea α este accesibilă din partea citoplasmatică și este selectivă pentru Na+. Legarea de 3 Na+ declanșează fosforilarea reziduului Asp366 din ATP, ceea ce duce la starea E1P. Ca urmare, ionii Na+ sunt transportați prin membrană și eliberați pe partea extracelulară. Prin eliberarea Na+, proteina se transformă în starea E2P, care este o conformație accesibilă extracelular, selectivă pentru K+. Legarea a 2 ioni de K+ pe partea citoplasmatică declanșează defosforilarea prin hidroliza reziduului Asp366, cu trecerea la starea E2. Legarea cu afinitate scăzută a unei molecule de ATP la starea E2 stimulează trecerea la starea E1, a cărei afinitate scăzută pentru ionii de K+ determină eliberarea acestora în citosol. Afinitatea mai mare pentru ATP și ionii de Na+ a stării E1 determină legarea Na+ și următoarea fosforilare a domeniului P. Rotația domeniului A și rearanjamentele TM1-6 mediază aceste tranziții conformaționale.59-64

Subunitatea β – din care există trei izoforme exprimate diferențiat (β1-3) – acționează ca un chaperon molecular care facilitează transportul din reticulul endoplasmatic către membrana plasmatică a subunității α și permite plierea corectă a acesteia și integrarea în membrană.65,66

În plus față de transportul ionilor prin membrana celulară, s-a demonstrat că Na+/K+-ATPasa Na+/K+-ATPasa are diferite funcții, inclusiv modularea transducției semnalelor prin intermediul cascadelor PI3K, PLC-γ și MAPK, interacțiuni proteice cu alte enzime transmembranare și proteine de scheletare și reglarea activității altor transportatori.20,67,68

Variante patogene ATP1A3 Localizare și efect

După cum se arată în figura 1, mutațiile ATP1A3 afectează întreaga secvență codificatoare. Spre deosebire de mutațiile cauzatoare de RDP – care sunt distribuite în întreaga genă – variantele cauzatoare de AHC se găsesc mai frecvent în exonii 17 și 18.20 În ceea ce privește domeniul funcțional afectat, majoritatea variantelor cauzatoare de AHC afectează situsurile de legare a ionilor sau segmentele transmembranare care adăpostesc reziduurile de legare (figura 2).57 Un grup mai mic de mutații se găsește în alte elice transmembranare decât segmentele de legare a ionilor. Mai mult, mai multe mutații afectează prelungirile citoplasmatice ale elicelor transmembranare TM3-5, care conectează aceste elice cu domeniile A, N și P citoplasmatice (așa-numitele mutații „stalk”).57 S-a constatat că acest din urmă domeniu citoplasmatic adăpostește mai multe variante cauzatoare de AHC, în timp ce s-a constatat că un mic grup de variante patogene afectează bucla extracelulară dintre TM7 și TM8.

Figura 1 Distribuția variantelor cauzatoare de AHC de-a lungul genei ATP1A3 și a ARNm.Notă: Coloanele arată numărul de variante care cauzează AHC (bare gri deschis) și numărul total de variante patogene ATP1A3 (bare gri închis) raportate în fiecare exon.Abrevieri: AHC, hemiplegia alternantă a copilăriei; Nt, nucleotide; bp, perechi de baze.

Figura 2 Localizarea variantelor care cauzează AHC în proteina ATP1A3.Note: Punctele albe arată variantele care cauzează AHC, punctele negre indică variantele care cauzează EIEE cu prezența atacurilor hemiplegice, punctele albastre și albe arată variantele care cauzează atât RDP, cât și AHC. În funcție de localizarea domeniilor funcționale, variantele sunt împărțite în variante de situs de legare a ionilor (negru), variante de membrană (albastru), variante de tulpină (verde), variante de domeniu P (violet) și variante extracelulare (roșu). Cele trei domenii citosolice diferite ale proteinei ATP1A3 sunt indicate cu roșu (domeniul A), verde (domeniul N) și albastru (domeniul P).Abrevieri: AHC, hemiplegia alternantă a copilăriei; EIEE, encefalopatie epileptică infantilă timpurie; RDP, distonie-parkinsonism cu debut rapid.

În consecință, se așteaptă ca o mare parte din variantele care cauzează AHC să afecteze legarea și transportul ionilor, în timp ce un alt grup consistent de mutații se așteaptă să afecteze fosforilarea enzimei. 57

Pentru unele dintre mutațiile situsurilor de legare a ionilor (Asp801Asn, Asp923Asn, Ser137Tyr, Phe780Leu, Ile810Asn), au fost furnizate dovezi experimentale de legare defectuoasă a Na+,69-71 în timp ce pentru alte variante a fost demonstrată o legare afectată a Na+ cu mutații care afectează reziduul corespunzător în paralogul α1.57 De remarcat, au fost raportate puține mutații în elicele transmembranare îndepărtate de situsurile de legare a ionilor (cum ar fi TM1-2 și TM9-10). Interesant este faptul că variantele care afectează domeniul N-citoplasmatic sau domeniul C-terminal au fost descrise doar în RDP.

Corelația genotip-fenotip

Emergența și frecvența diferitelor variante care cauzează AHC

Deși AHC este o tulburare sporadică datorată variantelor de novo, au fost raportate puține cazuri moștenite autosomal dominant.4,25,26,72 Mozaicismul germinal a fost raportat în cazurile familiale ale altor afecțiuni legate de ATP1A3,73 dar nu a fost descris în AHC până în prezent.

În ciuda numărului tot mai mare de variante patogene raportate, cele mai mari studii de cohortă efectuate în diferite populații (cohorte europene, nord-americane și chineze) au demonstrat că trei variante reprezintă aproximativ 60% din toate cazurile.4,30,74 Mai exact, s-a constatat că varianta p.Asp801Asn cauzează 30-43% din toate cazurile, p.Glu815Lys este responsabilă pentru 16-35% din cazuri și p.Gly947Arg reprezintă 8-15% (Figura 3).

Figura 3 Frecvența variantelor care cauzează AHC în diferite cohorte.Note: Graficul prezintă frecvența relativă a variantelor care afectează fiecare reziduu specific ATP1A3 într-o cohortă nord-americană (linie albastră, N= 151), europeană (linie roșie, N= 130) și chineză (linie neagră, N= 45). Vârfurile sunt exprimate ca procent din numărul total de pacienți cu AHC din fiecare cohortă. Cele trei puncte fierbinți pentru variantele care cauzează AHC (Asp801, Glu915 și Gly947) sunt indicate deasupra vârfului corespunzător. abreviere: AHC, hemiplegia alternantă a copilăriei.

După cum s-a afirmat anterior, localizarea mutațiilor ATP1A3 de-a lungul secvenței codificatoare arată o corelație genotip-fenotip a spectrului clinic ATP1A3. Doar mutațiile specifice – în special în apropierea domeniilor transmembranare – și, în consecință, alterările proteice determină AHC (Rosewich H. Neurology 2014).27

Trei mutații missense recurente contează pentru 60% din toate cazurile de AHC. Cincisprezece procente din AHC nu au nicio mutație identificată, dar îndeplinesc criteriile clinice. Într-un raport recent al lui Panagiotakaki al. au fost analizate în profunzime datele clinice ale unei cohorte mari de 155 de pacienți din Consorțiul internațional de AHC și s-a încercat o corelație discretă între genotip și fenotip.30 În primul rând, în mod interesant, mutațiile ATP1A3 au fost detectate la 85% dintre pacienți, confirmând faptul că un mic grup de pacienți îndeplinesc criteriile pentru AHC fără niciun diagnostic genetic molecular. Studiul a confirmat, de asemenea, incidența relativă a celor mai frecvente trei mutații: p.Asp801Asn, p.Glu815Lys și p.Gly947Arg. Dintre acestea, Glu815Lys a fost asociată cu un fenotip mai sever, cu epilepsie rezistentă la medicamente, dizabilitate intelectuală profundă și distonie severă ca principale constatări neurologice. p.Asp801Asn pare să fie asociată cu un fenotip mai blând, cu un debut mai târziu al evenimentelor paroxistice și atacuri plegice mai puțin frecvente; majoritatea pacienților prezintă o dizabilitate intelectuală moderată, cu o rată mai mare de probleme comportamentale. p.Gly947Arg pare să se coreleze cu un prognostic pozitiv; debutul evenimentului paroxistic este cel mai tardiv în comparație cu celelalte două mutații; în plus, nu a fost raportată nicio dizabilitate intelectuală severă. În concluzie, cele trei mutații prezintă un gradient de severitate a simptomelor: p.Glu815Lys > p.Asp801Asn > p.Gly947Arg. Tabelul 1 sintetizează spectrul clinic asociat cu cele mai frecvente trei mutații.

Tabelul 1 Caracteristicile clinice ale celor mai frecvente variante ATP1A3 care cauzează AHC

Evidențe din in vitro and in vivo Studies

O mare contribuție la explicarea heterogenității clinice asociate cu mutațiile ATP1A3, precum și la îmbunătățirea cunoștințelor noastre și la dezvoltarea de noi strategii terapeutice, reiese din modelele celulare și animale.

Studii celulare

În neuronul care prezintă mutația alelei α3, Na+/K+ ATPază prezintă o afinitate redusă pentru sodiu, ceea ce duce la o concentrație intracelulară crescută de Na+ cu multe evenimente dramatice posibile, cum ar fi influx crescut de ioni Ca++ în celulă cu efecte toxice și eliberarea de aminoacizi excitanți.50 Mai mult, s-a presupus că o absorbție alterată a dopaminei secundară gradientului anormal de Na+ este parțial responsabilă pentru sindromul legat de ATPază.4,75 Această alterare duce la distonie și/sau parkinsonism fără degenerare a căii nigrostriatale,54,75 dar nu a fost demonstrată prin studiul PET și DAT-SCAN la pacientul cu RDP, ceea ce explică lipsa de răspuns la levodopa la acești pacienți.76

Heterogenitatea în spectrul fenotipic prezentat de pacienții cu AHC și de pacienții cu RDP sugerează consecințe celulare subiacente diferite, relevante pentru mecanismele patologice. În general, de la prima descriere și caracterizare a mutațiilor ATP1A3 asociate cu AHC,8 activitatea pompei Na+/K+ pare a fi responsabilă de patogenitate în AHC. Astfel, a fost rezonabil ca în RDP, majoritatea mutațiilor să afecteze expresia proteinelor și expresiile suprafeței celulare, iar în AHC, o activitate alterată a pompei ar putea explica fenotipul.8 Mai multe studii au fost efectuate pentru a clarifica această problemă71,77 și o abordare utilă a fost prin utilizarea celulelor stem pluripotente induse (iPS). Recent, într-un model de neuroni derivați din celule iPS de la pacienții cu AHC purtători ai mutației missense p.Gly947Arg, au fost demonstrate niveluri mai scăzute ale curentului de ieșire sensibil la ouabaină (un transport net spre exterior al ionilor de Na+) în comparație cu controalele.77 Mai mult, așa cum ar putea fi prezis de o concentrație intracelulară mai mică de ioni K+, neuronii prezintă un potențial de membrană în repaus similar cu cel al celulelor în repaus cu excitabilitate alterată, abordând ipoteza unui mecanism de pierdere a funcției.77

Mai mult, într-un studiu foarte recent (2019), Arystarkhova et al. subliniază că severitatea fenotipului nu poate fi explicată doar prin reducerea activității pompei, iar din datele experimentale se emite ipoteza unor alte mecanisme celulare, inclusiv o pliere defectuoasă a proteinei la nivelul aparatului Golgi și, în consecință, raportul dintre alelele bune și rele, prin competiție.78

Studii in vivo la animale

Au fost dezvoltate mai multe modele de șoareci pentru a studia consecințele in vivo ale variantelor izoformei α3. Există cinci modele principale care au fost studiate în mod exhaustiv, rezumate în tabelul 2. Primul model a fost caracterizat de Moseley et al. (2007).79 Introducând o mutație de o singură pereche de baze în intronul 4 (α3+/KOI4), cu splicing aberant care elimină alela (Atp1a3tm1/Ling/+), replicată de alți autori,80,81 acești șoareci au prezentat atât un fenotip de tip maniacal, crescut de răspunsul la metamfetamină, cât și convulsii cu o activitate motorie crescută. În 2013, Ikeda et al49 au propus un alt model de șoarece cu deleție mare de la 2 la 6 exoni (α3+/E2-6): pentru prima dată, șoarecii afectați au dezvăluit distonie indusă prin injecții intracerebeloase de kainită. Din cauza deleției mari și a produsului aberant secvențial, modelul clinic al celor două modele de mai sus a fost foarte sever și departe de fenotipul ATP1A3 uman. Clapcote et al71 au fost primii care au dezvoltat un model de șoarece cu o singură substituție nucleotidică care cauzează o singură substituție de aminoacid (I810N, Myshkin α3+/I810N). În lucrarea sa, a descris șoareci cu crize severe atât spontane, cât și evocate de stres vestibular (alergare, sărituri), stop comportamental (asemănător înghețării) și moarte după crize complexe parțiale cu generalizare secundară. Un alt model mutant similar a fost descris de Hunayan et al. în 2015, modelând varianta pAsp801Asn, numită Mashl +/- (α3+/D801N). Modelul amintește multe caracteristici ale AHC, cum ar fi distonia și hemiplegia, cu implicarea cerebelului (ataxie și tremor). Recent a fost raportat un alt model de șoarece de AHC. Acest nou model de șoarece knock-in (Atp1a3E815K+/-, Matoub, Matb+/-) exprimă mutația E815K a genei Atp1a3 (cel mai sever fenotip comun al AHC).83 În studiul lor elegant, autorii au demonstrat în mod clar că șoarecii mutați au exprimat caracteristici comportamentale și neurofiziologice, care seamănă cu cea mai severă formă de AHC. În special, inițiativa motorie a fost slabă, performanța motorie a fost profund afectată (de exemplu, coordonare, echilibru, mers anormal) și, în mod interesant, în afară de epilepsie, s-a observat că mulți șoareci au decedat în timpul crizelor spontane sau a crizelor provocate pentru moarte subită neașteptată în epilepsie (SUDEP).83 De remarcat, episoadele de hemiplegie și distonie au fost atât spontane, cât și induse de un nivel ridicat de stres (de exemplu, contactul cu apa sau schimbarea cuștii), probabil în fenotipul uman. Este demn de remarcat faptul că, deși există diferențe între modelele propuse, unele caracteristici sunt comune, inclusiv hiperexcitabilitatea cerebrală, anomalii motorii (spontane sau provocate) și modificări de comportament, conform unui rol central al ATP1A3 în funcționarea creierului.

Tabelul 2 Rezumat al modelelor de șoareci preclinice ale mutațiilor ATP1A3 legate de AHC

Concluzie

Cu apariția din ce în ce mai mare a unor noi fenotipuri legate de ATP1A3, împreună cu accesibilitatea ridicată la testele genetice în această nouă eră, clinicienii și oamenii de știință și-au reînnoit interesul față de tulburările legate de ATP1A3. În special, de la descoperirea faptului că mutațiile ATP1A3 sunt cauzatoare de AHC, au fost depuse eforturi mari pentru a înțelege modul în care perturbarea funcțiilor normale ale activității ATPazei poate duce la diferite fenotipuri ale bolii. Deși multe mecanisme patogene care contribuie la AHC și RDP sunt încă necunoscute, fenotipurile AHC au fost mai bine înțelese și delimitate, astfel, în ultimii ani, s-a încercat o corelație genotip-fenotip pentru a clasifica principalele fenotipuri discrete. AHC este o afecțiune complexă în care tabloul clinic include evenimente paroxistice care fluctuează în timp, distonie, epilepsie, ataxie, precum și dizabilități intelectuale și tulburări de comportament; în consecință, înțelegerea cursului natural, a prognosticului și a așteptărilor este foarte importantă pentru îngrijirea pacienților, a medicilor și a celor care îi îngrijesc. Pentru cele trei mutații cele mai frecvente și recurente în populație (așa cum se arată în figura 3), suntem în mod rezonabil capabili să știm care va fi evoluția clinică, ce afecțiuni trebuie să tratăm și, poate, să prezicem prognosticul. Din nefericire, un procent relativ mic de pacienți rămâne fără diagnostic sau nu se încadrează într-una dintre aceste trei categorii fenotipice discrete; cei mai mulți dintre ei prezintă semne și simptome neurologice asociate în mod variabil, dezvăluind natura spectrului de continuitate al bolii ATP1A3. Cu toate acestea, pentru toți pacienții, înțelegerea mecanismelor moleculare ultime care stau la baza întreruperilor funcției proteinei ATP1A3 reprezintă obiectivul pentru a obține noi abordări terapeutice. Modelarea in vitro, precum și modelele animale de boală care fenotipă din ce în ce mai mult starea clinică umană reprezintă cadrul promițător în care pot fi dezvoltate noi tratamente eficiente.

.