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/

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. SISTEMI CHE CONTROLLANO LA PROTEOSTASI
Sistemi autofagici: autofagia mediata da chaperones
macroautofagia
microautofagia
Sistema ubiquitina proteasoma

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. 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. 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. 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. 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. Modello patogenetico delle sinnucleopatie
Mazzulli et al; Cell 2011 Jul 8;146(1):37-52

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. 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. Alterazione della degradazione e
accumulo di α-syn

20. 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 ??