Alternating Hemiplegia of Childhood: Understanding the Genotype- | TACG Alternating Hemiplegia of Childhood: Förstå genotyp-fenotypförhållandet mellan ATP1A3-varianter

Introduktion

Först beskrevs syndromet alternerande hemiplegi hos barn (AHC, OMIM #614820) 1971 av Verret och Steele hos åtta barn1 och definierades först nio år senare av Krägeloh och Aicardi2 som beskrev fem nya fall och granskade de tidigare rapporterna där man diskuterade nosologin för denna enhet. Specifika diagnostiska kriterier för AHC, benämnda ”Aicardi-kriterier”, föreslogs första gången 1993.3 Sedan dess har de ursprungliga kriterierna regelbundet uppdaterats för att stödja det kliniska erkännandet av denna märkliga neuroutvecklingsstörning.4-7

Under 2012 identifierade två oberoende forskargrupper – ett internationellt konsortium8 och en tysk grupp9 – de novo heterozygota mutationer i ATP1A3 som orsaken till AHC. Kort därefter replikerade en japansk studie detta fynd,10 vilket gav ytterligare bevis för att ATP1A3-mutationer orsakar AHC.

Heterozygota ATP1A3-mutationer hade redan rapporterats orsaka en annan enhet som tidigare beskrivits på klinisk basis: rapid-onset dystonia-parkinsonism (RDP, DYT12, OMIM #128235), en sällsynt och speciell rörelsestörning som nedärvs på ett autosomalt dominant sätt.11 År 2014 har ATP1A3 rapporterats orsaka en annan neurologisk enhet: cerebellär ataxi, areflexi, pes cavus, optisk atrofi och sensorineural hörselnedsättning (CAPOS) syndrom (OMIM #601338).12,13 Under de senaste åren har dessutom två andra fenotyper relaterade till ATP1A3-mutationer dykt upp: den tidiga infantila epilepsin med encefalopati (EIEE)14,15 och fenotypen recidiverande encefalopati med cerebellär ataxi (RECA).16,17

De flesta patienter med ATP1A3-patogena varianter faller in i en av dessa fenotyper,18 som ligger till grund för en nästan icke överlappande undergrupp av orsakande mutationer.19,20 Vissa individer uppvisar dock atypiska drag eller kombinerar drag från två eller flera av dessa huvudfenotyper.20-24 Å andra sidan har vissa patogena varianter rapporterats orsaka olika fenotyper, även inom samma familj.4,25-27 Som ett resultat av detta har det föreslagits att betrakta ATP1A3-relaterade störningar som ett kliniskt kontinuum snarare än som distinkta enheter, med ett åldersberoende mönster för uppkomst och utveckling av olika tecken och symtom.16,18,19

Trots det ökande antalet rapporter som beskriver intermediära och överlappande former mellan de viktigaste ATP1A3-relaterade fenotyperna förblir AHC ett väldefinierat och igenkännbart syndrom, vars kliniska identifiering är väsentlig för att orientera molekylära undersökningar.

I denna översikt sammanfattar vi kunskapen om AHC, med fokus på kliniska diagnostiska ledtrådar, genotyp-fenotypkorrelationer och funktionell effekt av ATP1A3-varianter av detta tillstånd.

Kliniska drag

Klassisk AHC

AHC är en märklig neurologisk utvecklingsstörning som kännetecknas av en konstellation av paroxysmala neurologiska manifestationer, bland vilka återkommande episoder av hemiplegi som involverar endera sidan av kroppen och som alternerar i lateralitet är kännetecknande för denna sjukdom18. Quadriplegiska attacker kan inträffa isolerat eller som en generalisering av en hemiplegisk attack. Dessutom kan paroxysmala manifestationer omfatta toniska eller dystona anfall (antingen av en extremitet, en halvkropp eller generaliserade), okulomotoriska avvikelser och dysautonomiska fenomen (uni- eller bilateral mydriasis, rodnad, blekhet) uppträda ensamma eller i samband med hemiplegiska attacker.19 Paroxysmala episoder uppträder vanligen före 18 månaders ålder, med en medianålder för insjuknande på 3-5 månader. Trots detta kan insjuknandet sträcka sig från neonatalperioden till 4 års ålder.

Paroxysmala onormala okulära rörelser (inklusive monokulär och binokulär nystagmus, strabism, disconjugerad blick, okulärt bobbing, okulärt fladdrande) är ofta de första neurologiska manifestationerna, och uppträder isolerat före insjuknandet av andra paroxysmala anfall.28

Paroxysmala händelser känner vanligtvis igen känslomässiga eller miljömässiga utlösande faktorer (motion, exponering för ljus, ljud eller varmt vatten, specifika livsmedel), medan symtomen lindras av sömn och perioder efter uppvaknandet.7 En hög variabilitet i varaktighet och frekvens av paroxysmer har rapporterats, även hos samma patient, som varar från minuter till hela dagar och uppträder upp till flera gånger per dag.28

Bortom paroxysmala manifestationer kännetecknas AHC också av ihållande, interiktala neurologiska avvikelser, vars prevalens ökar med åldern. Utvecklingsproblem (tal- och språkförsening, kognitiva brister, beteendeproblem) med olika allvarlighetsgrad är det vanligaste fyndet, följt av dysartri, ataxi, chorea, dystoni och, mer sällan, tecken från pyramidalbanan.7,27,29 Den neurologiska försämringen kan uppvisa ett stegvis förlopp, med diskret motorisk eller kognitiv försämring efter en långvarig paroxysmal episod. Fasta neurologiska brister uppvisar ofta en rostrokaudal gradient i svårighetsgrad, där svårighetsgraden av oro-mandibulär dystoni och dysartri överträffar svårighetsgraden av dystoni i övre och nedre extremiteterna.7

Upp till 50 % av AHC-patienterna utvecklar epileptiska anfall.4,5,30,31 Epilepsi kan vara fokal eller generaliserad, med flera anfallstyper och lokaliseringar, och den är ofta läkemedelsresistent. Dessutom har en hög frekvens och återkommande frekvens av refraktär status epilepticus rapporterats.32

Den senaste versionen av de kliniska kriterierna för AHC erkänner större (diagnostiska) och mindre (stödjande) kriterier och innehåller en uppsättning standardiserade definitioner för en förenklad beskrivning av paroxysmala episoder, för att ge vårdgivarna ett mer lättillgängligt språk för att dokumentera händelserna.7 Särskilt kriterierna omfattade 1) symtomdebut före 18 månader, 2) upprepade episoder av hemiplegi som alternerar lateralt eller 3) upprepade episoder av quadriplegi eller plegi, 4) andra paroxysmala episoder inklusive dystoniska attacker, 5) okulomotoriska avvikelser eller automatiska symtom, 6) symtom som försvinner med sömn och 7) tecken på utvecklingsförsening och/eller andra neurologiska avvikelser som dystoni, ataxi eller korea.7 Ur farmakologisk synvinkel är de vanligaste läkemedlen som används vid AHC flunarizin, bensodiazepiner, karbamazepin, barbiturater och valproinsyra. Det har vilt visats att flunarizin och bensodiazepiner visar en större förbättring av dystoniska eller plegiska episoder.5 Mikati et al har särskilt visat att flunarizin, en kalciumantagonist, minskar varaktigheten, svårighetsgraden och frekvensen av de hemiplegiska attackerna hos upp till 80 % av AHC-patienterna.33

Å andra sidan var antipsykotika, selektiva serotoninåterupptagshämmare, gabapentin och acetazolamid undantagslöst ineffektiva.5

Atypisk AHC

Förutom den klassiska AHC-fenotypen har flera atypiska drag beskrivits. När det gäller ålder vid debut har en fördröjd uppkomst av hemiplegiska attacker upp till 4 års ålder beskrivits.25 När det gäller kognitiv funktionsnedsättning har milda fall med normal utveckling rapporterats.33 Andra ovanliga kännetecken är en övervägande dystonisk fenotyp, avsaknad av quadriplegiska attacker,33 eller förekomst av alternerande monoplegi i de övre extremiteterna.34

Den typiska AHC-paroxysmen kombineras dessutom hos vissa patienter med kännetecken för antingen tidig encefalopati14,35,36 eller RDP.23,37-39

Bortsett från AHC har man beskrivit en distinkt nosologisk enhet med mildare förlopp som kännetecknas av episoder av unilateral eller bilateral svaghet som uteslutande uppstår under sömnen.40-46 Även om den första rapporten om detta tillstånd går tillbaka till den ursprungliga beskrivningen av AHC av Verret och Steele,1 erkändes dess distinkta nosologi först 1994, då termen benign nocturnal alternating hemiplegia of childhood (BNAHC) föreslogs för att särskilja denna entitet från AHC.40 I BNAHC börjar de (hemi)plegiska attackerna endast i sömnen, och det finns ingen utveckling till neurologisk eller intellektuell funktionsnedsättning. Dessutom saknas andra paroxysmala händelser som toniska eller dystoniska anfall och okulomotoriska avvikelser.40,41 Hittills har 14 fall av BNAHC rapporterats, varav alla utom ett drabbar pojkar.42 Även om det sällan har testats har inget samband mellan BNAHC och ATP1A3-mutationer beskrivits.42 Av de 14 patienterna har endast 2 utfört en Whole Exome Sequencing (WES)-analys och i endast 1 fall avslöjades en heterozygot 16p11.2-mikrodeletion som involverar bl.a. PRRT2-genen. PRRT2 kodar för ett transmembranprotein som innehåller en prolinrik domän och är förknippat med episodisk kinesigenisk dyskinesi-1 (OMIM #128200).42 Även om flera familjära fall har rapporterats,40,41,45 är den genetiska grunden (om det finns någon) för detta tillstånd fortfarande svårfångad. En ordentlig WES-analys bör utföras för att bättre utreda detta tillstånd och rollen av reglerande ytterligare genetiska faktorer bör övervägas.

Rollen av ATP1A3-genstörning

Na+/K+-ATPasets struktur och funktion

ATP1A1-4-gener kodar för fyra α-underenheter – respektive α1-4 – av Na+/K+ ATPas. Pumpen är ubiquitärt uttryckt i det centrala nervsystemet (CNS) och den utgörs av nästan två underenheter: en alfa (α – som innehåller den katalytiska platsen för ATP-hydrolys och bindning av joner) och en beta (β, som ansvarar för α-underenhetens strukturella och funktionella tillgång).47 Även om α1-isoformen finns i hela CNS och α2 i astrocyterna, uttrycks α3 endast i neuronerna – GABAergiska neuroner i alla kärnor i de basala ganglierna (striatum, globus pallidus, subthalamiska kärnan och substantia nigra), flera thalamiska kärnor, hjärnbarken, lillhjärnan, den röda kärnan och flera områden i mellanhjärnan (retikulotegmentala kärnan i pons) och hippocampus;48 medan uttrycket inte var signifikant i de dopaminerga cellerna i substantia nigra.49,50 Denna jonpump är viktig för upprätthållandet av den elektrogena homeostasen i neurala celler och utbyter Na+- och K+-joner över plasmamembranet kopplat till ATP-hydrolys, vilket ställer in membranpotentialen både i vilopotential (α1) och efter en aktionspotential (α2, α3).

Isoformen α3 kodas av genen ATP1A3 (OMIM #182350) på kromosom 19q13 som kodar för α3-underenheten av Na+/K+-ATPas, ett allestädes närvarande, elektrogent transmembran-ATPas som först beskrevs 195751 och som är lokaliserat på den cytosoliska sidan av det yttre plasmamembranet52. Genom att exportera 3 Na+-joner och importera 2 K+-joner för varje enskild ATP-molekyl som hydrolyseras upprätthåller Na+/K+-ATPaset gradienten av en högre extracellulär Na+-koncentration och en högre intracellulär K+-nivå.53,54

Och även om α3 är den underenhet som främst uttrycks i neuronerna, uttrycker en del neuronerna α1 – som främst uttrycks i gliaceller. Jämfört med α1 visar α3-underenheten en lägre affinitet för Na+ och K+ och ett lägre spänningsberoende, vilket möjliggör en snabb normalisering av transmembrangradienten efter en serie aktionspotentialer.55

Den α-underenhet av Na+/K+-ATPaset innehåller 3 cytoplasmatiska och en transmembranregion. De cytoplasmatiska domänerna omfattar fosforyleringsdomänen (”P”), den nukleotidbindande domänen (”N”) och aktuatordomänen (”A”).53 Liksom hos de andra medlemmarna i P-typ ATPas-superfamiljen bildar Na+/K+-ATPaset en fosforylerad intermediär under reaktionscykeln. P-domänen hyser en mycket konserverad Asp-Lys-Thr-Gly-Lys-sekvens, vars aspartatrest (som faller i position 366) fosforyleras genom överföring av γ-fosfatgruppen från en ATP-molekyl.56 A-domänen innehåller ett Thr-Gly-Glu-Ser-motiv som genom glutamatrester binder den vattenmolekyl som behövs för aspartylfosfathydrolysen i den katalytiska platsen57 . Transmembranregionen består av 10 transmembranhelixar (TM1-10), varav helixarna TM4-6 innehåller katjonbindningsställena och TM8 bidrar till att binda den tredje Na+-jonen.57,58

För att möjliggöra jonutbyte genomgår proteinet under reaktionscykeln kritiska konformationsförändringar, vilket innebär att katjonbindningsställena blir omvända när det gäller tillgänglighet och specificitet.59 I det så kallade E1-tillståndet är α-underenheten tillgänglig från cytoplasmatiska sidan och är Na+-selektiv. Bindningen av 3 Na+ utlöser fosforylering av Asp366-restigen från ATP, vilket leder till E1P-tillståndet. Som ett resultat av detta transporteras Na+-joner genom membranet och frigörs på den extracellulära sidan. Genom Na+-frisättning övergår proteinet till E2P-tillståndet, som är en extracellulärt tillgänglig, K+-selektiv konformation. Bindningen av 2 K+-joner på den cytoplasmatiska sidan utlöser defosforylering genom hydrolys av Asp366-restigen, med övergång till E2-tillståndet. Den låga affinitetsbindningen av en ATP-molekyl till E2-tillståndet stimulerar övergången till E1-tillståndet, vars låga affinitet för K+-joner bestämmer deras frisättning i cytosolen. E1-tillståndets högre affinitet för ATP och Na+-joner orsakar bindningen av Na+ och den efterföljande fosforyleringen av P-domänen. Rotation av A-domänen och omarrangemang av TM1-6 medierar dessa konformationsövergångar.59-64

Den β-underenheten – av vilken det finns tre differentiellt uttryckta isoformer (β1-3) – fungerar som en molekylär chaperon som underlättar transporten av α-underenheten från det endoplasmatiska retikulumet till plasmamembranet och möjliggör dess korrekta veckning och membranintegration.65,66

Förutom jontransport över cellmembranet har Na+/K+-ATPas visat sig ha olika funktioner, bland annat modulering av signaltransduktion via PI3K-, PLC-γ- och MAPK-kaskader, proteininteraktioner med andra transmembranenzymer och ställningsbyggande proteiner samt reglering av andra transportörers aktivitet20,67,68.

ATP1A3 patogena varianter Plats och effekt

Som framgår av figur 1 påverkar ATP1A3-mutationer hela kodningssekvensen. Till skillnad från RDP-orsakande mutationer – som är fördelade över hela genen – förekommer AHC-orsakande varianter oftare i exon 17 och 18.20 När det gäller den påverkade funktionella domänen påverkar de flesta AHC-orsakande varianter jonbindningsställena eller de transmembransegment som hyser bindningsresterna (figur 2).57 En mindre grupp mutationer finns i andra transmembranhelixer än jonbindningssegmenten. Dessutom påverkar flera mutationer de cytoplasmatiska förlängningarna av transmembranhelikerna TM3-5, som förbinder dessa helikerna med de cytoplasmatiska A-, N- och P-domänerna (de så kallade ”stalk”-mutationerna).57 Denna sistnämnda cytoplasmatiska domän har visat sig hysa flera AHC-orsakande varianter, medan en liten grupp patogena varianter har visat sig påverka den extracellulära slingan mellan TM7 och TM8.

Figur 1 Fördelning av AHC-orsakande varianter längs ATP1A3-genen och mRNA:t. Obs: Kolumnerna visar antalet AHC-orsakande varianter (ljusgrå staplar) och det totala antalet patogena ATP1A3-varianter (mörkgrå staplar) som rapporterats i varje exon.Förkortningar: AHC, alternating hemiplegia of childhood; Nt, nukleotider; bp, baspar.

Figur 2 Placering av AHC-orsakande varianter i ATP1A3-proteinet: Vita prickar visar AHC-orsakande varianter, svarta prickar visar varianter som orsakar EIEE med förekomst av hemiplegiska attacker, blåvita prickar visar varianter som orsakar både RDP och AHC. Enligt lokalisering av funktionella domäner delas varianterna in i varianter med jonbindningsställen (svart), membranvarianter (blå), stalkvarianter (grön), P-domänvarianter (lila) och extracellulära varianter (röd). De tre olika cytosoliska domänerna hos ATP1A3-proteinet anges i rött (A-domän), grönt (N-domän) och blått (P-domän).Förkortningar: AHC, alternating hemiplegia of childhood; EIEE, early infantile epileptic encephalopathy; RDP, rapid-onset dystonia-parkinsonism.

En stor del av de varianter som orsakar AHC förväntas därför påverka jonbindning och -transport, medan en annan konsekvent grupp mutationer förväntas påverka enzymfosforylering.57

För några av mutationerna i jonbindningsställena (Asp801Asn, Asp923Asn, Ser137Tyr, Phe780Leu, Ile810Asn) har experimentella bevis för defekt Na+-bindning tillhandahållits,69-71 medan för andra varianter har försämrad Na+-bindning påvisats med mutationer som påverkar motsvarande rest i α1-paralogen.57 Noterbart är att få mutationer har rapporterats i de transmembranhelixer som ligger långt från jonbindningsställena (t.ex. TM1-2 och TM9-10). Intressant nog har varianter som påverkar den N-cytoplasmatiska domänen eller C-terminaldomänen endast beskrivits i RDP.

Genotyp-Fenotyp korrelation

Uppkomst och frekvens av olika AHC-orsakande varianter

Och även om AHC är en sporadisk sjukdom på grund av de novo-varianter, har några få autosomalt dominanta nedärvda fall rapporterats.4,25,26,72 Germline mosaikism har rapporterats i familjära fall av andra ATP1A3-relaterade sjukdomar,73 men har hittills inte beskrivits i AHC.

Trots det ökande antalet rapporterade patogena varianter visade de största kohortstudier som utförts i olika populationer (europeiska, nordamerikanska och kinesiska kohorter) att tre varianter står för cirka 60 % av alla fall.4,30,74 Specifikt har varianten p.Asp801Asn visat sig orsaka 30-43 % av alla fall, p.Glu815Lys är ansvarig för 16-35 % av fallen och p.Gly947Arg står för 8-15 % (figur 3).

Figur 3 Frekvens av AHC-orsakande varianter i olika kohorter.Noteringar: Grafen visar den relativa frekvensen av varianter som påverkar varje specifik ATP1A3-residual i en nordamerikansk (blå linje, N= 151), europeisk (röd linje, N= 130) och en kinesisk (svart linje, N= 45) kohort. Topparna uttrycks i procent av det totala antalet AHC-patienter i varje kohort. De tre hotspots för AHC-orsakande varianter (Asp801, Glu915 och Gly947) anges ovanför motsvarande topp.Förkortning: AHC, alternating hemiplegia of childhood.

Som tidigare nämnts visar placeringen av ATP1A3-mutationer längs den kodande sekvensen en genotyp-fenotypkorrelation av det kliniska spektrumet för ATP1A3. Endast specifika mutationer – särskilt nära transmembrandomänerna – och följaktligen proteinförändringar resulterar i AHC (Rosewich H. Neurology 2014). 27

Tre återkommande missense-mutationer står för 60 % av alla AHC-fall. Femton procent av AHC har ingen identifierad mutation men uppfyller de kliniska kriterierna. I en nyligen publicerad rapport av Panagiotakaki al. gjordes en djupgående genomgång av kliniska data från en stor kohort med 155 patienter från det internationella konsortiet för AHC och ett försök till diskret genotyp-fenotypkorrelation gjordes.30 För det första upptäcktes intressant nog ATP1A3-mutationer hos 85 % av patienterna, vilket bekräftar att en liten grupp patienter uppfyllde kriterierna för AHC utan att det fanns någon molekylärgenetisk diagnos. Studien bekräftade också den relativa förekomsten av de tre vanligaste mutationerna: p.Asp801Asn, p.Glu815Lys och p.Gly947Arg. Av dessa var Glu815Lys förknippad med en allvarligare fenotyp, med läkemedelsresistent epilepsi, djup intellektuell funktionsnedsättning och allvarlig dystoni som neurologiska huvudfynd. p.Asp801Asn tycks vara förknippad med en mildare fenotyp med senare debut av de paroxysmala händelserna och mindre frekventa plegiska attacker; majoriteten av patienterna uppvisar en måttlig intellektuell funktionsnedsättning med en högre frekvens av beteendeproblem. p.Gly947Arg verkar korrelera med en positiv prognos; de paroxysmala händelserna börjar senare jämfört med de andra två mutationerna, och dessutom har ingen allvarlig intellektuell funktionsnedsättning rapporterats. Sammanfattningsvis visar de tre mutationerna en gradient i symtomens svårighetsgrad: p.Glu815Lys > p.Asp801Asn > p.Gly947Arg. Tabell 1 sammanfattar det kliniska spektrumet i samband med de tre vanligaste mutationerna.

Tabell 1 Kliniska drag hos de vanligaste ATP1A3-varianterna som orsakar AHC

Evidens från in vitro. och in vivo studier

Ett stort bidrag för att förklara den kliniska heterogeniteten i samband med ATP1A3-mutationer samt för att förbättra vår kunskap och utveckla nya terapeutiska strategier, kommer från cell- och djurmodeller.

Cellulära studier

I neuron som uppvisar α3-allelmutationen uppvisar Na+/K+ ATPas minskad natriumaffinitet, vilket leder till en förhöjd intracellulär Na+-koncentration med många möjliga dramatiska händelser, t.ex. ökat inflöde av Ca++-joner i cellen med toxiska effekter och frisättning av excitatoriska aminosyror50 . Dessutom har det antagits att ett förändrat upptag av dopamin sekundärt till den onormala Na+ gradienten delvis är ansvarigt för det ATPasrelaterade syndromet.4,75 Denna förändring leder till dystoni och/eller parkinsonism utan degeneration av den nigrostriatala banan,54,75 men det har inte påvisats genom PET- och DAT-SCAN-studier hos RDP-patienter, vilket förklarar bristen på respons på levodopa hos dessa patienter.76

Heterogenitet i det fenotypiska spektrum som uppvisas av AHC-patienter och av patienter med RDP tyder på olika underliggande cellulära konsekvenser som är relevanta för de patologiska mekanismerna. Generellt sett, från den första beskrivningen och karakteriseringen av ATP1A3-mutationer i samband med AHC,8 verkar aktiviteten hos Na+/K+-pumpen vara ansvarig för patogeniciteten i AHC. Därför var det rimligt att de flesta mutationer i RDP påverkade proteinuttryck och uttryck på cellytan och att en förändrad aktivitet hos pumpen i AHC skulle kunna förklara fenotypen.8 Flera studier har utförts för att klargöra denna fråga71,77 och ett användbart tillvägagångssätt var att använda inducerade pluripotenta stamceller (iPS-celler). Nyligen har man i en modell av iPS-celler som härrör från neuroner från AHC-patienter som bär på missense-mutationen p.Gly947Arg påvisat lägre nivåer av ouabain-känslig utåtriktad ström (en nettotransport utåt av Na+-joner) jämfört med kontroller.77 Dessutom uppvisar neuronerna, vilket kan förutsägas av en lägre intracellulär koncentration av K+-joner, en vilande membranpotential som liknar vilande cell med förändrad excitabilitet, vilket talar för hypotesen om en mekanism med förlust av funktion.77

I en mycket färsk studie (2019) påpekar dessutom Arystarkhova et al att fenotypens svårighetsgrad inte kan förklaras enbart av minskad pumpaktivitet och att andra cellulära mekanismer är hypoteser från experimentella data, inklusive felveckning av proteinet på Golgi-apparatens nivå och följaktligen förhållandet mellan bra och dåliga alleler, genom konkurrens.78

Djurstudier in vivo

Flera musmodeller har utvecklats för att studera in vivo-konsekvenserna av varianter av α3-isoformen. Det finns fem huvudmodeller som har studerats uttömmande och som sammanfattas i tabell 2. Den första modellen karakteriserades av Moseley et al (2007).79 Genom att introducera en mutation med ett enda baspar i intron 4 (α3+/KOI4), med aberrant splicing som slår ut allelen (Atp1a3tm1/Ling/+), replikerad av andra författare,80,81 uppvisade dessa möss både en manisk-liknande fenotyp, som ökades av metamfetaminrespons, och kramper med ökad motorisk aktivitet. År 2013 föreslog Ikeda et al49 en annan musmodell med den stora deletionen från 2 till 6 exoner (α3+/E2-6): för första gången avslöjade drabbade möss dystoni som inducerades av intracerebellära kainitinjektioner. På grund av den stora deletionen och den sekventiella avvikande produkten var det kliniska mönstret i de två ovanstående modellerna mycket allvarligt och långt ifrån den mänskliga ATP1A3-fenotypen. Clapcote et al71 var först med att utveckla en musmodell med en enkel nukleotidsubstitution som orsakar en enkel aminosyrasubstitution (I810N, Myshkin α3+/I810N). I sitt arbete beskrev han möss med svåra anfall både spontana och framkallade av vestibulär stress (springa, hoppa), beteendestopp (frysningliknande) och död efter partiella komplexa anfall med sekundär generalisering. En annan liknande mutantmodell har beskrivits av Hunayan et al. 2015, som modellerar varianten pAsp801Asn, kallad Mashl +/- (α3+/D801N). Modellen påminner om många drag av AHC såsom dystoni och hemiplegi, med cerebellär involvering (ataxi och tremor). Nyligen har ytterligare en musmodell för AHC rapporterats. Denna nya knock-in-musmodell (Atp1a3E815K+/-, Matoub, Matb+/-) uttrycker E815K-mutationen i Atp1a3-genen (den allvarligaste vanliga fenotypen av AHC).83 I sin eleganta studie visade författarna tydligt att muterade möss uttryckte beteendemässiga och neurofysiologiska drag som liknade den allvarligaste formen av AHC. I synnerhet var det motoriska initiativet dåligt, den motoriska prestandan var djupt nedsatt (t.ex. koordination, balans, onormal gång), och intressant nog observerades att många möss, förutom epilepsi, dog under spontana anfall eller provocerade anfall för plötslig oväntad död vid epilepsi (SUDEP).83 Noterbart är att episoderna med hemiplegi och dystoni både var spontana och inducerades av en hög grad av stress (t.ex. vattenkontakt eller byte av buren), vilket troligen är fallet i den mänskliga fenotypen. Det är anmärkningsvärt att understryka att även om det finns skillnader mellan de föreslagna modellerna är vissa drag gemensamma, bland annat hjärnans hyperexcitabilitet, motoriska avvikelser (spontana eller provocerade) och beteendeförändringar, i enlighet med en central roll för ATP1A3 i hjärnans funktion.

Tabell 2 Sammanfattning av prekliniska musmodeller av ATP1A3-mutationer relaterade till AHC

Slutsats

Med den ökande framväxten av nya fenotyper relaterade till ATP1A3 tillsammans med den höga tillgängligheten till genetiska tester i denna nya era, kliniker och forskare har förnyat sitt intresse för ATP1A3-relaterade sjukdomar. Särskilt sedan upptäckten att ATP1A3-mutationer är orsaken till AHC har stora ansträngningar gjorts för att förstå hur störningar i ATPasaktivitetens normala funktioner kan leda till olika fenotyper av sjukdomen. Även om många patogena mekanismer som bidrar till AHC och RDP fortfarande är okända, har AHC-fenotyperna blivit bättre förstådda och avgränsade, och därför har man under de senaste åren försökt att göra en korrelation mellan genotyp och fenotyp för att klassificera de viktigaste diskreta fenotyperna. AHC är ett komplext tillstånd där den kliniska bilden omfattar paroxysmala händelser som fluktuerar över tiden, dystoni, epilepsi, ataxi samt intellektuell funktionsnedsättning och beteendestörningar. Därför är det mycket viktigt att förstå det naturliga förloppet, prognosen och förväntan för patienternas vård, kliniker och vårdgivare. För de tre mest frekventa och återkommande mutationerna i populationen (enligt figur 3) kan vi rimligen veta hur det kliniska förloppet kommer att se ut, vilka tillstånd vi måste behandla och kanske även förutsäga prognosen. Tyvärr förblir en relativt liten andel av patienterna utan diagnos eller faller inte in i någon av dessa tre diskreta fenotypiska kategorier; de flesta av dem uppvisar neurologiska tecken och symtom som på olika sätt är förknippade med varandra och som avslöjar karaktären på det kontinuerliga spektrumet av ATP1A3-sjukdomen. För alla patienter är dock målet att förstå de slutliga molekylära mekanismerna som ligger till grund för störningarna i ATP1A3-proteinets funktion, för att kunna hitta nya terapeutiska metoder. In vitro-modellering och djurmodeller av sjukdomar som i allt högre grad motsvarar det kliniska tillståndet hos människor är lovande ramar där nya effektiva behandlingar kan utvecklas.