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Il gene mutato con più alta frequenza nei casi di PD sporadici
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Meccanismi molecolari alla base della associazione fra mutazione
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Come si possono generare aggregati proteici?

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SISTEMI CHE CONTROLLANO LA PROTEOSTASI
Sistemi autofagici: autofagia mediata da chaperones
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Meccanismo
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Loss of function
Silenziamento di GCase in coltura primaria di neuroni corticali di topo.

Mass spec analysis

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Loss of function
La riduzione di GCase porta da un aumento della quantità di α-syn ma non
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Loss of function
Per validare i dati ottenuti su colture primarie di neuroni e su linee cellulari:
Generazione di induced ...
L’overespressione dell’ α-syn provoca una riduzione dell’
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Modello patogenetico delle sinnucleopatie

Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
Overespressione di GBA mediata da adenovirus nel CNS nel modello murino di
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Gain of function
GBA mutata mantiene un’attività enzimatica sufficiente a prevenire
l’accumulo di GC però la proteina muta...
Alterazione della degradazione e
accumulo di α-syn
In sintesi
In assenza di GBA (siRNA, null mutations) si accumula α-syn
La overespressione di GBA WT riduce i livelli di α-...
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Aspetti molecolari dell'associazione fra mutazioni della GBA e la malattia di Parkinson

Andrea Dardis, PhD University Hospital “Santa Maria della
Misericordia” Udine, Italy

Catania, 30 Ottobre 2013

http://malattierare.aou.udine.it/

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Aspetti molecolari dell'associazione fra mutazioni della GBA e la malattia di Parkinson

  1. 1. Aspetti molecolari dell'associazione fra mutazioni della GBA e la malattia di Parkinson Andrea Dardis, PhD University Hospital “Santa Maria della Misericordia” Udine, Italy Catania, 30 Ottobre 2013
  2. 2. Associazione fra Guacher (GD) e Parkinson (PD) Zimran et al, 1989 case report che descrive la presenza di Parkinson in pazienti GD1 Occurrence of Parkinson's syndrome in type I Gaucher disease. Neudorfer O et al, QJM. 1996 Sep;89(9):691-4. Gaucher's disease with Parkinson's disease: clinical and pathological aspects. Bembi B et al, Neurology. 2003 Jul 8;61(1):99-101. The neurological manifestations of Gaucher disease type 1: the French Observatoire on Gaucher disease (FROG). Chérin P et al, J Inherit Metab Dis. 2010 Aug;33(4):331-8. 4 PD 105 pazienti affetti da GD1 22 al meno un sintomo frequentemente associato con PD (tremori, rigidità extrapiramidale, bradikinesia, akinesia, ecc) Parkinson's disease in patients and obligate carriers of Gaucher disease. Becker JG, Pastores GM, Di Rocco A, Ferraris M, Graber JJ, Sathe S. Parkinsonism Relat Disord. 2013 Jan;19(1):129-31. 100 pazienti GD Ashkenazi 8 PD
  3. 3. Associazione fra mutazioni della GBA e PD 10 famiglie di pazienti GD -40 portatori eterozigoti di cui 10 svilupparono PD (Goker-Alpan et al, 2004). Su 200 portatori obbligati di mutazioni nella GBA, eil 5.5% svilupparono PD (vs 2.2% in controlli; p=0.215) svilupparono PD (Becker et al., 2013).
  4. 4. Associazione fra mutazioni della GBA e PD Study GBA mutations (%) PD Normals USA (Lwin et al, 2004) 14 0 Britain (Eblan et al, 2005) 8 - Canada (Sato et al, 2005) 5.6 0.8 Mixed-64% jewish (Clark et al, 2007) 13.7 4.5 China (Ziegler et al, 2007) 5.4 1.1 Greek (Kalinderi et al, 2009) 4.7 0.8 Ashkenazi (Gan.-Or et al, 2008) 17.9 4.2- 6.35 Porto (Bras et al, 2007) 6.1 0.7 Italy*(De Marco et al, 2008) 2.9 0.2 Norway*(Toft et al, 2006) 2.3 1.7 Brazil* (Spitz et al, 2008) 3 0 USA*(Mata et al, 2008) 2.9 0.4 * Only L444P and N370S
  5. 5. 5691 pazienti affetti da PD (780 Ashkenazi Jews) e 4898 controlli (387 Ashkenazi Jews). Sidransky et al., NEJM, 2009 The odds ratio for any GBA mutation in patients versus controls was 5.43 across centers.
  6. 6. Il gene mutato con più alta frequenza nei casi di PD sporadici è GBA!!! •In pazienti affetti da PD le mutazioni del gene GBA sono presenti più frequentemente che le mutazioni in altri loci coinvolti nell’insorgenza della malattia. •Essere portatori di mutazioni in GBA risulta essere il principale fattore di rischio di carattere genetico associato all’ insorgenza di PD.
  7. 7. Meccanismi molecolari alla base della associazione fra mutazione della GBA e Parkinson non del tutto chiari NEURODEGENERAZIONE Meccanismo comune: Formazione di aggregati proteici formati da proteine con folding non corretto. Formazione di aggregati →fibrille→ fibre con struttura amilode = b-sheets strettamente intrecciati e impaccati Malattia di Parkinson: formazione di aggregati di synucleina (α-syn), proteina coinvolta nel traffico delle vescicole contenenti neurotrasmettitore: corpi di Lewy
  8. 8. Come si possono generare aggregati proteici? Condizione di proteostasi alterata, l’equilibrio tra sintesi e degradazione proteica si sbilancia a causa di un di una riduzione dell’efficienza dei processi di degradazione Principali processi di degradazione proteica all’interno della cellula Lisosoma indipendenti Sistema ubiquitina-proteasoma Lisosoma dipendenti autofagia
  9. 9. SISTEMI CHE CONTROLLANO LA PROTEOSTASI Sistemi autofagici: autofagia mediata da chaperones macroautofagia microautofagia Sistema ubiquitina proteasoma
  10. 10. Meccanismo α-syn si accumula in modelli animali di GD e pazienti PD che portano mutazioni nella GBA enzima GBA non funzionale 1) Loss of function GSL e cer α-syn Eterozigoti???? 2) Gain of function Proteina GBA mutata Con o senza perdita di attività della GBA Null mutations??? α-syn
  11. 11. Loss of function Silenziamento di GCase in coltura primaria di neuroni corticali di topo. Mass spec analysis Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
  12. 12. Loss of function La riduzione di GCase porta da un aumento della quantità di α-syn ma non di tau che forma aggregati in PD ed in AD. Effetto specifico di GBA su α-Syn Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
  13. 13. Loss of function Per validare i dati ottenuti su colture primarie di neuroni e su linee cellulari: Generazione di induced pluripotent stem cells (iPS) da fibroblasti di paziente e successiva differenziazione in neuroni dopaminergici nanog Oct-4 Tra-1-60 SSEA-4 Skin fibroblast Pluripotent stem cells Dopaminergic neuron Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
  14. 14. L’overespressione dell’ α-syn provoca una riduzione dell’ espressione di GCase e del suo targeting ai lisosomi α-syn esogena (in grado di oligomerizzare) diminuisce la quantità di GBA che va al lisosoma Pazienti PD senza mutazioni a carico della GC esprimono comunque un ridotto livello di GBA Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
  15. 15. Modello patogenetico delle sinnucleopatie Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52
  16. 16. Overespressione di GBA mediata da adenovirus nel CNS nel modello murino di malattia di Gaucher e nel modello murino che overesprime A53T α syn
  17. 17. Gain of function GBA mutata mantiene un’attività enzimatica sufficiente a prevenire l’accumulo di GC però la proteina mutata altera la proteostasi. La overespressione di GBA mutata porta ad un accumulo di α-syn La transfezione con forme mutate di GBA aumenta la quantità di α-syn L’accumulo di a-syn si riduce trattando con rapamicina, Inibitore della via di mTOR →attivazione di macroautofagia Cullen et al, Ann Neurol 2011 Jun;69(6):940-53.
  18. 18. Alterazione della degradazione e accumulo di α-syn
  19. 19. In sintesi In assenza di GBA (siRNA, null mutations) si accumula α-syn La overespressione di GBA WT riduce i livelli di α-syn, mentre la presenza di mutazioni nella GBA risulta in una minore capacità di ridurre l’accumulo di α-syn Non c’è correlazione fra l’attività enzimatica e l’accumulo di α-syn Open questions La GBA ha un ruolo nella degradazione e/o tossicità della syn che è indipendente della sua attività enzimatica ??? Interazione?? Per tanto mutazioni della GBA che non hanno effetto sull’attività enzimatica potrebbero avere un effetto sulla interazione e/o tossicità della α-syn Non tutti i pazienti GD o portatori di mutazioni nel gene GBA sviluppano PD Altri fattori ??

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