Anemia falciforme, talassemie e fibrosi cistica in Biologia

DISORDINI NELLA SINTESI DELL'EMOGLOBINA

Con la parola anemia si indica una riduzione della concentrazione di emoglobina circolante o del numero di eritrociti al di sotto di valori normali di un individuo. Dato che il ruolo degli eritrociti è quello di trasportare ossigeno, possiamo affermare che l'anemia è una ridotta capacità di trasporto di ossigeno da parte del sangue. Che cos'è l'emoglobina? L' emoglobina è la principale proteina presente nei globuli rossi, è responsabile del trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti ed è formata da quattro subunità: quattro catene peptidiche che prendono il nome di globine. Ognuna di queste quattro catene è associata ad un gruppo prostetico EME, importantissimo perché complessa con uno ione di ferro responsabile del legame con l'ossigeno. L'emoglobina è dunque un tetramero formato da due dimeri, ovvero due differenti coppie di catene. Possiamo distinguere sei tipi di catene peptidiche: alfa, beta, gamma, delta, epsilon, zeta. Le prime quattro si ritrovano nella vita extrauterina, ovvero negli adulti; epsilon e zeta invece sono proprie dell'embrione. In base alle catene peptidiche che compongono la proteina, possiamo distinguere diversi tipi di emoglobina: nel feto, l'emoglobina è di tipo HbF, due catene alfa e due delta. Nell'adulto il 98% dell'emoglobina è di tipo HbA, con due catene alfa e due beta. Il restante 2% è definito emoglobina A2 formata da due catene polipeptidiche alfa e da due globine delta. Dal punto di vista genetico, le due catene alfa sono codificate da due geni collocati sul cromosoma 16, mentre tutte le restanti globine sono sintetizzate da un singolo gene presente sul cromosoma 11. In caso di mutazioni a carico di questi geni, abbiamo malattie che interessano la produzione dell'emoglobina.

Emoglobina A

L'emoglobina A (con due catene alfa e due beta) è indispensabile per:

• mantenere la solubilità all'interno del globulo rosso;
• mantenere l'omeostasi cellulare in base alla presenza di ossigeno;
• garantire affinità con l'ossigeno;
• ruolo centrale nell'ossidazione del ferro.

Quando si verificano mutazioni a carico dei geni responsabili dell'emoglobina queste caratteristiche fisiologiche vengono meno e riscontriamo anomalie e variazioni nella struttura dell'emoglobina che portano alla patologia.

Classi mutazionali nella sintesi dell'emoglobina

Distinguiamo due classi mutazionali nella sintesi dell'emoglobina:

1. QUANTITATIVE che comportano un'alterazione della sintesi della proteina, un esempio sono le sindromi talassemiche che comportano una diminuzione della quantità di emoglobina in circolo. Quindi in questo caso l'emoglobina viene sintetizzata, ma si riscontra un deficit nella produzione delle catene globiniche.

• QUANTITATIVE, ovvero alterazioni strutturali nelle catene globiniche che compongono l'emoglobina, un esempio è l'anemia falciforme. Queste mutazioni sono date da sostituzioni, perdite o aggiunte di amminoacidi nelle catene globiniche: esse vengono prodotte, ma sono strutturalmente diverse da quelle fisiologiche e determinano una perdita delle caratteristiche dell'emoglobina funzionale sopra elencate.

ANEMIA FALCIFORME

Malattia autosomica recessiva, caratterizzata da presenza di emoglobina anomala che prende il nome di emoglobina S (HbS). Questa emoglobina anomala, in condizioni di deossigenazione deforma l'eritrocita, dandogli la caratteristica forma a falce che dà il nome alla patologia. Tale malattia è piuttosto comune, con alta incidenza tra i soggetti di origine africana, tra le popolazioni del bacino del Mediterraneo, in India e in Medio Oriente. Studi epidemiologici hanno dimostrato che in alcune regioni dell'Africa circa il 40% della popolazione totale risulta avere un genotipo eterozigote per HbS, dunque ha un solo allele della coppia mutato. Il motivo è da imputare al vantaggio selettivo protettivo che il paziente portatore, eterozigote per HbS, ha contro la malaria, infatti il parassita malarico non entra nel globulo rosso di questi individui eterozigoti. Questa malattia genetica si sviluppa solo in condizioni di OMOZIGOSI, in altre parole due genitori portatori sani hanno una probabilità del 25% di avere un figlio malato. In questo modo si spiega la grande incidenza nelle popolazioni che vivono in zone malariche.

Eziopatologia dell'anemia falciforme

Dal punto di vista eziopatologico, l'emoglobina S deriva da una mutazione puntiforme sul gene del cromosoma 11 che codifica per la catena beta globinica. Basta, infatti, la sostituzione di un singolo amminoacido per alterare tutte le caratteristiche chimico-fisiche delle molecole emoglobiniche che non rimangono più in soluzione, ma polimerizzano e si aggregano, formando cristalli e diventando viscose. Quello che si verifica è la sostituzione di una timina con una adenina e dunque sostituzione di un nucleotide con un altro. In questo modo l'acido glutammico che si dovrebbe normalmente formare in posizione 6 della catena beta viene sostituito da valina, in virtù di questa mutazione. La valina ha un comportamento completamente diverso dall'acido glutammico: quest'ultimo è un amminoacido idrofilico e polare, mentre la valina è idrofobica e apolare, per questo motivo abbiamo variazioni delle proprietà chimico-fisiche e della viscosità. L'emoglobina S (anomala strutturalmente) così sintetizzata è meno solubile, in special modo in condizioni acide e polimerizza nel citoplasma, soprattutto in caso di deossigenzazione, e dunque forma degli aggregati (conseguenza tra le più rilevanti della patologia). La valina interagisce con altri siti idrofobici presenti nella catena beta e forma delle molecole con configurazione anomala, che polimerizzano e formano cristalli che deformano la conformazione normale dell'eritrocita, da rotondeggiante a rigida a falce. Osserviamo in particolare, oltre ad un aumento della viscosità e un irrigidimento della membrana del globulo rosso, anche una forte disidratazione 2dell'eritrocita, con fuoriuscita di sodio e potassio e ingresso di calcio. L'eritrocita risulta dunque falciforme, rigido e disidratato. L'emoglobina è instabile, per via di un aumento della produzione dei radicali liberi dell'ossigeno che concorrono a danneggiare la membrana del globulo rosso.

Conseguenze della formazione di HbS

La formazione di HbS e le sue conseguenze sul globulo rosso (polimerizza, irrigidimento membrana, forma a falce), causano:

• anemia emolitica cronica;
• occlusione dei piccoli vasi.

Per quanto riguarda l'anemia emolitica cronica, l'eritrocita irrigidito non riesce più a passare i seni splenici e viene eliminato precocemente dai macrofagi della milza. Si registra dunque una riduzione netta dell'emivita dell'eritrocita, dai normali 120 giorni in un paziente sano a soli 20 giorni. In parallelo si verifica un'ostruzione dei piccoli vasi, ossia un'occlusione del microcircolo, dovute all'aumentata rigidità degli eritrociti falciformi. Le conseguenze possono essere ipossia tissutale e danno ischemico a molti organi. La presenza di HbS fa si che ci siano delle modificazioni nella componente fosfolipidica della membrana plasmatica, attirando moltissime molecole di adesione che insieme ad una forte risposta infiammatoria determinano una aumentata capacità di adesione delle cellule endoteliali, cosa che determina ulteriori difficoltà nel flusso sanguigno nei capillari fino all'ostruzione del microcircolo. Inizialmente la falcizzazione è un fenomeno reversibile: in seguito a riossigenazione, l'emoglobina torna ad una forma non polimerizzata normale. Tuttavia è nel ripetersi di questi episodi che si danneggia la membrana causando una falcizzazione irreversibile e a questo punto le cellule falcizzate vengono sequestrate dai macrofagi della milza ed eliminate precocemente.

Quadro clinico dell'anemia falciforme

La malattia si verifica nella sola condizione di omozigosi, in eterozigosi non ci sono particolari manifestazioni cliniche, l'individuo ha cellule con un tratto falcemico ed è dunque considerato un portatore sano. La malattia inizia a manifestarsi a partire dal sesto mese di vita, quando tutta l'emoglobina fetale viene sostituita dall'emoglobina adulta, in questo caso di tipo S. Nei pazienti malati di anemia falciforme, il quadro clinico è caratterizzato da forti crisi dolorose in particolare a torace, addome ed articolazioni, a seconda di dove si verifica l'insufficienza vascolare legata ai danni del microcircolo. Il paziente affetto da questi episodi vaso- occlusivi prima singoli e poi ripetuti può essere soggetto a danno ipossico, ischemico e ad infarto, in particolare microinfarti e, a lungo andare, macroinfarti fino alla morte del paziente. Si tratta di una malattia multisistemica che colpisce più organi, tra cui: cuore, polmoni, encefalo (con ictus e ischemie), fegato, rene, milza e articolazioni. 3Inoltre, l'anemia emolitica cronica causa un'attivazione eccessiva del midollo osseo che, nel tentativo di compensare la prematura eliminazione di eritrociti da parte dei macrofagi della milza, aumenta l'emopoiesi e diventa iper-plastico (meccanismo di compensazione). Tuttavia questa iperproduzione comporta un accumulo di prodotti del catabolismo dell'emoglobina S non funzionale, con accumulo di ferro e bilirubina che causa ittero ed emosiderosi.

Diagnosi dell'anemia falciforme

La diagnosi avviene tramite l'analisi al microscopio di uno striscio di sangue periferico, dove è chiaramente identificabile la forma a falce dei globuli rossi. Un altro metodo di diagnosi è l'analisi elettroforetica, poiché l'emoglobina S ha un peso diverso da quello dell'emoglobina A funzionale e corre più lentamente. Dunque in base alla banda e al peso molecolare distinguiamo l'emoglobina mutata (HbS) da quella normale (HbA). Inoltre è possibile effettuare una diagnosi prenatale qualora i futuri genitori ne avessero intenzione, si effettua analisi del dna fetale in seguito a villocentesi o amniocentesi. Omozigosi per emoglobina S è una condizione fortemente invalidante e circa il 50% dei pazienti non vive oltre i 50 anni. La mortalità risulta più rilevante nei contesti, come i paesi meno sviluppati, in cui non sempre è possibile la terapia di supporto.

Terapia dell'anemia falciforme

Ad oggi non esistono farmaci antifalcizzanti, ma abbiamo una terapia profilattica mirata a contenere i fattori scatenanti delle crisi dolorose tipiche del quadro clinico dell'anemia falciforme. I pazienti affetti, con il passare del tempo e l'aggravarsi della patologia, vengono sottoposti a trasfusioni e si procede anche alla somministrazione di analgesici per alleviare il dolore delle ricorrenti crisi. Dal punto di vista sperimentale, è stato osservato che farmaci che aumentano la sintesi dell'HbF (fetale) potrebbero essere farmaci emergenti per la cura di questa patologia. Si tratta di una terapia genica che mirerebbe alla sostituzione di tutta l'emoglobina S anomala con emoglobina F. Tali farmaci sono oggi in fase di sperimentazione.

TALASSEMIE

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