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17 novembre, 2022

Ipermetabolismo congenito e fosforilazione ossidativa disaccoppiata

Oggi voglio parlarvi di un caso particolare oggetto di un recente studio pubblicato su “The New England journal of Medicine”. Questo ha riguardato due gemelli monozigoti con ipermetabolismo eutiroideo, caratterizzato da eccessivo apporto calorico, incapacità di aumentare di peso e tachipnea con una variante patogena (Leu335Pro) in ATP5F1B che determina un allentamento dell'accoppiamento tra la dissipazione della forza motrice protonica e la generazione di ATP. Al momento della pubblicazione dell’articolo, inoltre, la sintomatologia dei gemelli era persistente, nonostante l'apporto di calorie in eccesso, l'integrazione di creatina per sostenere il metabolismo energetico muscolare e l'integrazione di acido folinico, presentando anche un aumento del consumo di ossigeno mitocondriale.

 

Presentazione del quadro clinico

I due pazienti - che da adesso chiameremo paziente 1 e paziente 2 - sono gemelli omozigoti, nati a 34 settimane di gestazione con un ritardo di crescita intrauterino. La mancata crescita, inoltre, si è sviluppata a 2 mesi di età ed è persistita nonostante un apporto calorico superiore al fabbisogno calcolato per il recupero della stessa. I piccoli sono stati sottoposti alla prima valutazione genetica biochimica nel reparto di terapia intensiva neonatale appunto all'età di 2 mesi, dopo aver mostrato i seguenti sintomi: ipermetabolismo eutiroideo, mancata crescita nonostante l'eccessivo apporto calorico, ipertermia intermittente, ritardo nello sviluppo. A conclusione del quadro generale è doverosa una precisazione i genitori, non consanguinei, e il fratello maggiore erano sani.

I due neonati presentavano iperfagia, con un apporto calorico crescente nel tempo. All'ultimo follow-up a 21 mesi di età, il paziente 1 consumava 1280 kcal al giorno (152 kcal per chilogrammo) e il paziente 2 consumava 1480 kcal al giorno (175 kcal per chilogrammo), rispettivamente 2,8 e 3,2 volte il dispendio energetico a riposo stimato. Il loro punteggio z del peso corporeo era rispettivamente -2,5 e -3,2. Presentavano, inoltre, una tachipnea persistente (da 50 a 70 respiri al minuto) senza aumento del lavoro respiratorio, apnea, desaturazione di ossigeno o malattia polmonare. Entrambi i gemelli mostravano un'ipertermia ricorrente e inspiegabile, da 38,0 a 39,0°C. La loro temperatura basale variava da 37,0 a 37,8°C con diaforesi persistente e calore tattile. Il paziente 1 è stato sottoposto a una riparazione del cordone ombelicale, durante la quale ha avuto una temperatura inspiegabile di 40°C.

In aggiunta, i risultati di laboratorio erano caratterizzati da elevati livelli di aminoacidi a catena ramificata, lieve iperammonemia e uremia, ed elevati livelli di trigliceridi. Infine, entrambi i gemelli presentavano un lieve ritardo nello sviluppo.

 

Studi molecolari e biochimici

Sono state create linee primarie di fibroblasti dermoidi dal prepuzio di ciascun bambino; una linea primaria di fibroblasti dermoidi è stata utilizzata come controllo. Per l'analisi dei fibroblasti primari sono stati misurati, simultaneamente, il tasso di consumo di ossigeno e il potenziale di membrana mitocondriale il Western blotting utilizzando metodi standard con anticorpi disponibili in commercio.

Nel complesso, le analisi hanno fornito un forte sostegno alla patogenicità della variante Leu335Pro, confermando che si trattasse di una variante de novo nei due gemelli, poiché non era stata identificata in nessuno dei loro genitori o nei controlli. Inoltre, la variante interessa un residuo aminoacidico evolutivamente conservato.

Leu335 si trova nella regione critica del manicotto idrofobico; le mutazioni nel lievito che interessano i residui vicini causano un fenotipo di disaccoppiamento. Studi sul consumo di ossigeno e sul potenziale di membrana in fibroblasti e cellule con introduzione genetica della variante Leu335Pro hanno mostrato un allentamento dell'accoppiamento tra la forza motrice protonica (generata dalla respirazione mitocondriale) e la sintesi di ATP, a causa di una disfunzione intrinseca del complesso V. Sulla base di questi risultati, la variante è stata classificata come patogena secondo i criteri dell'American College of Medical Genetics and Genomics.

 

Conclusione

Data la vicinanza di Leu335 al manicotto idrofobico e l'effetto di alcune mutazioni di gruppo 1 nel lievito, si presuppone che Leu335Pro sia una mutazione di gruppo 1, perché probabilmente compromette l'ingaggio della subunità γ da parte dell'esamero α-β interrompendo il contatto tra le subunità β e γ. In questo modo, interrompe l'efficienza della sintesi di ATP, anche con una normale traslocazione di protoni attraverso la FO.

Si suppone, inoltre, che l'attuale condizione valutata nei gemelli appartenga a una categoria di sindromi da disaccoppiamento mitocondriale (compresa la sindrome di Luft), caratterizzate da un'elevata respirazione mitocondriale disaccoppiata dalla sintesi mitocondriale di ATP. Tuttavia, la sindrome di Luft sembra essere causata da una respirazione disaccoppiata che ha origine al di fuori del complesso V. Entrambe le condizioni sono caratterizzate da un elevato apporto calorico, bassa massa corporea e ipertermia ricorrente. Le caratteristiche cliniche distinte nei fratelli gemelli sono state la manifestazione in fase neonatale, il ritardo nello sviluppo e l'ipertermia episodica. L'insorgenza dell'ipertermia è coerente con il fatto che il disaccoppiamento della respirazione dalla sintesi di ATP provoca la generazione di calore in una varietà di sistemi. Sebbene sia ragionevole supporre che l'ipermetabolismo e l'ipertermia siano direttamente attribuibili all'effetto di Leu335Pro sul complesso V, rimane poco chiaro il motivo per cui l'ipertermia è episodica. Le sfide future vedono come obiettivo quello di delineare come il difetto di disaccoppiamento del complesso V porti a cambiamenti secondari nei mitocondri, nella cellula e nel paziente.

Ad oggi, si prevede che le sindromi da disaccoppiamento mitocondriale possano avere diverse cause molecolari e biochimiche. Ad esempio, il disaccoppiamento può essere mediato da varianti genetiche che rendono la membrana interna mitocondriale poco resistente ai protoni. In alternativa, varianti nei geni che codificano le subunità α, β o γ del complesso V possono allentare l'accoppiamento tra la forza motrice protonica e la sintesi di ATP. In futuro, sarà importante determinare se le variazioni ereditarie in queste vie possono contribuire alle differenze nel metabolismo energetico nella popolazione in generale.

Dr.Alfio Garrotto