Calpainopatia

di Luisa Politano*

I progressi nella genetica molecolare degli ultimi quindici anni hanno modificato profondamente le nostre conoscenze nel campo delle distrofie muscolari. La patogenesi di tali malattie – causata dal deficit di proteine che nella maggior parte delle distrofie scindono il complesso distrofina-proteine associate – ha portato a una nuova classificazione basata sui difetti proteici e gnomici, nella quale il nome della proteina deficitaria precede il termine -patia.
Le distrofie dei cingoli (LGMDs) costituiscono un gruppo eterogeneo di malattie geneticamente determinate che coinvolgono in maniera primitiva o predominante la muscolatura dei cingoli, sia pelvico che superiore (Dalkilic I, Kunkel L, 2003, Muscular dystrophies: genes to pathogenesis, Curr Op Genet Dev 13:231-238). Il decorso clinico è caratterizzato da ampia variabilità, con forme gravi a insorgenza precoce e rapida progressione e forme di minore entità che permettono agli individui che ne sono affetti una pressoché normale aspettativa di vita e autonomia motoria.
Trentuno loci sono stati finora individuati, 8 autosomici dominanti e ventitrè autosomici recessivi (1,2), ma tale numero non è esaustivo.
Le forme dominanti (LGMD1A-H, quelle cioè trasmesse da un’alterazione del DNA presente in un solo elemento della coppia di cromosomi) sono di solito più benigne e relativamente rare, rappresentando meno del 10% di tutte le distrofie dei cingoli. Le forme recessive (LGMD2, quelle cioè trasmesse da un’alterazione del DNA presente in entrambi gli elementi della coppia di cromosomi) sono molto più frequenti, con una prevalenza globale di 1 caso su 15.000 nati e una diversa distribuzione geografica.
I geni responsabili delle forme recessive sono stati tutti identificati e quasi totalmente anche i prodotti proteici. Si tratta di: calpaina-3 (LGMD2A), disferlina (LGMD2B), gamma-sarcoglicano (LGMD2C), alfa-sarcoglicano (LGMD2D), beta-sarcoglicano (LGMD2E), delta-sarcoglicano (LGMD2F), telethonina (LGMD2G), TRIM 32 (LGMD2H), Proteina legante la fukutina (LGMD2I), titina (LGMD2J), POMT1 (LGMD2K), anoctamina 5 (LGMD2L), fukutina (LGMD2M), POMT2 (LGMD2N), POMTnG1 (LGMD2O), distroglicano (LGMD2P), plectina (LGMD2Q), desmina (LGMD2R), TRAPPC11 (LGMD2S), GMPPB (LGMD2T), ISPD (LGMD2U), Glicosidasi alpha (LGMD2V), PINCH2 (LGMD2W)..

La più frequente tra le recessive

La calpainopatia (LGMD2A) è la forma più frequente di distrofia recessiva, con una prevalenza geograficamente variabile tra il 26% della popolazione giapponese e il 79% della Regione Basca, in Spagna. È stata descritta come entità genetica distinta nel 1995 in pazienti provenienti da famiglie dell’Isola di Réunion, nelle quali è stato localizzato il gene sul 15q15.1 (3).

Il quadro clinico
La calpainopatia è tipicamente una miopatia dell’età adulta, con insorgenza variabile dalla prima alla terza decade di vita; di solito è compresa tra gli 8 e i 15 anni per almeno i due terzi dei pazienti, con un range tra i 2 e i 40 anni.
Le prime tappe motorie sono in genere normali, benché i bambini affetti appaiano talvolta meno forti rispetto ai loro coetanei. I sintomi più precoci consistono in debolezza nei muscoli del cingolo pelvico, con difficoltà nel salire le scale, nel rialzarsi dal pavimento e nel correre speditamente. Benché ci sia obiettivamente un coinvolgimento precoce dei muscoli del cingolo superiore, i sintomi correlati alla debolezza muscolare degli arti superiori sono in genere più tardivi. Quadri clinici atipici (pazienti con fenotipo Duchenne, con retrazioni simili a quelle osservate nella distrofia di Emery-Dreifuss o con fenotipo pseudometabolico caratterizzato da rigidità muscolare e mialgia) sono presenti nel 25% delle persone.
La debolezza muscolare associata ad atrofia – di solito localizzata a livello scapolo-omerale e pelvico – è una caratteristica della calpainopatia e spesso ne permette la diagnosi clinica. Successivamente sono interessati il gluteo massimo, gli adduttori dell’anca e, in misura minore, i flessori delle anche, mentre gli abduttori sono relativamente risparmiati. Più tardivo, infine, l’interessamento dei muscoli tibiali.
Nel cingolo superiore sono primitivamente colpiti i muscoli latissimo del dorso, il romboide, il serrato anteriore e il gran pettorale, con conseguente scollamento e risalita delle scapole, simili a quelli che si osservano in corso di distrofia facio-scapolo-omerale.
Negli arti superiori, poi, sono precocemente colpiti bicipite e brachioradiale, mentre il tricipite è preservato. Da segnalare una certa lassità dei muscoli addominali e una precoce lordosi. I muscoli facciali, extraoculari e faringei sono di solito risparmiati. L’ipertrofia dei gastrocnemi [muscoli posteriori del polpaccio, N.d.R.], che può essere osservata nelle fasi iniziali della malattia, associata a valori elevati di CK, può erroneamente far orientare per una forma di distrofia X-linked. Retrazioni a carico dei tendini di Achille appaiono precocemente e in alcuni individui possono progredire, interessando anche i gomiti e il rachide. Il quadro generale predominante è l’atrofia.

L’evoluzione della patologia
Un’evoluzione più rapida è stata osservata nei maschi rispetto alle femmine su una popolazione di 530 pazienti da noi analizzata (4) e la causa di ciò non è nota.

Si è ipotizzato che – come accade per altre patologie – gli estrogeni possano modulare il meccanismo d’azione della calpaina 3, ciò che dovrebbe essere tenuto presente per eventuali futuri trattamenti.
Benché il decorso sia inesorabilmente progressivo, l’età di esordio e l’età di perdita della deambulazione autonoma sono variabili. Lo stop della marcia avviene di solito tra gli 11 e i 28 anni successivi all’esordio della malattia. Il 50% dei pazienti è in carrozzina tra i 20 e i 30 anni, ma la perdita della deambulazione può verificarsi sia prima che dopo questa età. L’aspettativa di vita è normale.
Rara è la compromissione cardiaca, nonostante la calpaina 3 sia espressa in maniera consistente nel cuore fetale. Sono stati segnalati disturbi di conduzione cardiaca in due fratelli. Di solito, questi pazienti, facendo parte di una popolazione “adulta”, possono andare incontro alle malattie cardiovascolari proprie dell’età (ipertensione, malattie coronariche ecc.).

La capacità vitale è in genere preservata e le funzioni cognitivo-intellettive sono normali. La CK è elevata (fino a 80 volte il valore normale), in particolare durante gli stadi iniziali della malattia e in fase preclinica (inferiore a 10 anni di vita).

La genetica

Il gene CAPN3 si estende lungo una regione di 52.8 Kb ed è suddiviso in 24 esoni; viene trascritto in un RNA messaggero di 3.3 Kb sottoposto a splicing alternativo che dà origine a 9 isoforme diverse (Richard I et al, cit.). Codifica per un enzima proteolitico di 94 kDa, che è la calpaina 3 o p94, costituita da 821 aminoacidi.
Quest’ultima ha quattro domìni funzionali: il I e il III a funzione non nota, il II con funzione proteolitica [degradazione delle proteine nell’organismo, N.d.R.] e il IV con cinque motivi EF-hands in grado di legare il calcio. Presenta inoltre tre sequenze specifiche (NS, IS1 e IS2), implicate nella regolazione della sua funzione. Sembra che la calpaina 3 possa giocare un ruolo nei sistemi di trasduzione del segnale intracellulare ed essere coinvolta nel meccanismo dell’apoptosi.
Le mutazioni del gene CAPN3 sono eterogenee. Al momento sono riportate più di 200 mutazioni causative associate al fenotipo LGMD2A, che interessano quasi tutti gli esoni del gene senza hot spots (punti caldi, preferenziali, di mutazione). A queste vanno aggiunte 45 nuove mutazioni identificate dal nostro gruppo di ricerca (Piluso G et al, cit.). E tuttavia l’85% di tutte le mutazioni descritte riguardano solo 9 esoni (1, 4, 5, 7, 10, 11, 13, 21 e 22).
La maggior parte delle mutazioni sono varianti private o limitate a particolari popolazioni. Così la mutazione R572Q è caratteristica dei pazienti dell’Isola di Réunion, la R769Q dell’isolato geografico degli Amish dell’Indiana del Nord, la 2362AG>TCATCT della popolazione basca e la 550delA dell’Est Europeo, suggerendo l’ipotesi di un “effetto fondatore”.

La prevenzione primaria

Una volta individuata la mutazione responsabile della comparsa della patologia, sono possibili l’indagine molecolare, l’individuazione dei portatori silenti di mutazione genica tra i familiari di primo grado dell’affetto e – ove richiesta – la diagnosi prenatale di feto affetto, in caso di nuova gravidanza. Il rischio di ricorrenza della malattia, per una coppia che abbia già avuto un figlio affetto, è del 25% per ogni nuova gravidanza.
Un soggetto affetto, invece, trasmette a tutti i propri figli il gene mutato e pertanto essi saranno tutti portatori silenti della malattia, a patto che il partner sia sano e non portatore.

Infatti il rischio che un affetto possa a sua volta avere un figlio affetto è legato alla probabilità che si unisca a un individuo portatore dello stesso difetto. Tale condizione si realizza più facilmente in caso di consanguineità o provenendo dallo stesso piccolo paese (“isolati geografici”).

La diagnosi
Nei casi tipici la diagnosi può essere sospettata sulla base del quadro clinico. La conferma può ottenersi tramite indagine di western blot, che evidenzia un’assenza o una riduzione della banda di 94 kDa o mediante indagine molecolare. Ampi studi basati su analisi di western blot hanno mostrato un deficit parziale o totale di calpaina nel 28-33% dei casi (5). Tale dato è stato confermato molecolarmente, con il riscontro di una mutazione causativa solo nel 56% dei casi.

Il nostro gruppo di ricerca ha identificato mutazioni nel gene CAPN3 nel 36% di pazienti italiani con fenotipo LGMD e grave coinvolgimento muscolare prossimale (4), confermando che il deficit di calpaina 3 rappresenta, anche nella nostra popolazione, la prima causa di distrofia dei cingoli.

La terapia

Non esiste al momento una terapia causativa per questa patologia. Tuttavia, recentemente è stata valutata la potenzialità dell’uso di vettori virali ricombinanti adeno-associati (rAAV) per la terapia genica in un modello murino [di topo, N.d.R.] di calpainopatia (6)

I ricercatori riportano un’efficiente e stabile espressione transgenica nel muscolo, con ripristino dell’attività proteolitica e senza evidenti effetti tossici. La presenza dell’enzima ha prodotto un miglioramento delle caratteristiche istologiche del muscolo ed effetti a livello fisiologico, con una correzione dell’atrofia e recupero della forza muscolare.
Tali risultati sono incoraggianti in quanto stabiliscono la fattibilità di una terapia genica AVV mediata per il deficit di calpaina 3.

  1. Nigro V, Savarese M. Genetic basis of limb-girdle muscular dystrophies: the 2014 update. Acta Myol. 2014 May;33(1):1-12
  2. musclegenetable.org).
  3. Richard I, Broux O, Allamand V et al. A novel mechanism leading to muscular dystrophy: Mutations in calpain 3 cause limb girdle muscular dystrophy type 2a, Cell 1995; 81:27-40
  4. Piluso G, Politano L, Aurino S et al. The extensive scanning of the calpain-3 gene broadens the spectrum of LGMD2A phenotypes, Extensive scanning of the calpain-3 gene broadens the spectrum of LGMD2A phenotypes. J Med Genet. 2005 Sep;42(9):686-93.
  5. Fanin M, Fulizio L, Nascimbeni AC et al. Molecular diagnosis in LGMD2A: mutation analysis or protein testing?,Hum Mut 2004; 24:52-62
  6. Batoli M, Roudaut C, Martin S et al. Gene Transfer in a Mouse Model of Limb-Girdle Muscular Dystrophy Type 2a, Molecular Therapy, 2006; 13:250-9).

*Servizio di Cardiomiologia e Genetica Medica - Seconda Università di Napoli.
Testo aggiornato a novembre 2015.

Per ulteriori dettagli o approfondimenti:
Coordinamento Commissione Medico-Scientifica UILDM (Crizia Narduzzo), c/o Direzione Nazionale UILDM, tel. 049/8021001, commissionemedica@uildm.it.

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