IMPORTANT!

Având în vedere situația epidemiologică cu care ne confruntăm, Cel de-Al XXI-lea Congres şi Cea de-a 43-a Conferinţă Naţională de Neurologie şi Psihiatrie a Copilului şi Adolescentului şi Profesiuni Asociate din România cu participare internaţională, programate să se desfășurare în perioada 23-26 septembrie 2020, la Iași vor fi reprogramate pentru anul 2021 cu respectarea reglementările și recomandările autorităților competente cu privire la pandemie.


ATROFIA MUSCULARĂ SPINALĂ – GENETICĂ MOLECULARĂ ŞI MECANISME PATOGENICE

Autor:

Rezumat:

Atrofiile musculare spinale (AMS) sunt un grup de afecţiuni genetic heterogene care se caracterizează prin degenerescenţa progresivă a neuronilor din măduva spinării determinând deficit muscular progresiv.
în acest articol vom detalia aspecte genetice şi patogenetice în amiotrofiile musculare spinale determinate de mutaţii în regiunea cromozomială 5qll.2-13.3 (atrofii musculare spinale 5q).

Gena AMS a fost descoperită prin studii de înlănţuire genică ca o regiune complexă pe cromozomul 5q -5qll.2-13.3, alcătuită din patru gene, duplicate (copie centromerică şi copie telomerică). Mutaţiile la nivelul genei SMN1 sunt responsabile de apariţia bolii, în timp ce genele SMN2 şi NAIP contribuie la fenotipul acesteia.

Patogeneza AMS este incomplet cunoscută. Se pare că proteina SMN are două roluri celulare: biogeneza ribonucleoproteinelor mici nucleare (matisarea preARN mesager) şi translocarea P actinei în conurile de creştere axonale. Deşi SMN este exprimată în toate ţesuturile, din motive încă insuficient cunoscute afectează în mod aproape exclusiv neuronii motori din măduva spinării.

 


 

 

I. INTRODUCERE

Atrofiile musculare spinale (AMS) sunt un grup de afecţiuni genetice heterogene care se caracterizează prin degenerescenţa progresivă a neuronilor din măduva spinării determinând deficit muscular progresiv.
In acest articol vom detalia aspecte genetice şi pato-genetice în atrofiile musculare spinale determinate de mutaţii în regiunea cromozomială 5qll.2-13.3 (amio-trofii spinale 5q), care se transmit autozomal recesiv.

I.1. Istoric

Aspectul fenotipic variat şi complexitatea modificărilor genotipice a îngreunat identificarea genei responsabile de apariţia AMS.
Regiunea candidată pentru gena AMS a fost localizată în 1990 prin studii de înlănţuire genică, pe braţul lung al cromozomului 5, între 5ql 1.2-13.3, cuprinzând un interval de aproximativ 500kb, (2,19)
La nivelul acestei regiuni au fost identificate mai multe secvenţe genice şi nongenice (markeri ADN), duplicate de un număr variabil de ori şi orientate cap la cap. (11). Spre deosebire de majoritatea organismelor, la oameni regiunea conţine cel puţin 4 gene prezente în copii telomerice şi centromerice. In 1995, Lefebvre şi colab. au raportat că prezenţa unei mutaţii pe ambele alele ale genei localizate telomeric determină atrofia musculară spinală. Această genă a fost denumită “sur-vival motor neuron” (SMN1) (15) (vezi fig. 1).
Ulterior, Coovert şi colab. au arătat că gena centromerică omoloagă SMN2, are o secvenţă asemănătoare în proporţie de 99% cu SMN1 şi produce, de asemenea, proteină SMN dar atrofia musculară spinală este declanşată numai de mutaţii ale SMN1 (8).

II. GENELE IMPLICATE ÎN ATROFIA MUSCULARĂ SPINALĂ

Principala genă implicată în producerea atrofie muscularăi spinale este gena SMN1.
Pe lângă aceasta, regiunea de pe cromozomul 5 în care se găseşte aceasta, mai conţine încă 3 gene, de asemenea duplicate şi inversate, cu aceleaşi caracteristici funcţionale ca şi gena SMN1: copia telomerică este funcţională iar cea centromerică, nefuncţională. Mai mult, integritatea structurală şi funcţională a celor 3 gene influenţează fenotipul SMA.
Cele 3 gene sunt:
  • gena BIRC1 (Baculoviral IAP Repeat – Con-taining Protein 1), cunoscută anterior sub numele de neuronal apoptosis inhibitory protein – NAIP; proteina codificată de această genă are rol de inhibitor al apoptozei;
  • gena GTF2H2 (General Transcription Factor IIH, Polypeptide 2), sau p44 care codifică o subunitate a factorului de transcripţie bazală TFIIH, implicată în transcripţie şi repararea ADN mediată de transcripţie;
  • gena SERF1A (Small Edrk-Rich Factor IA), numită anterior H4F5 (Spinal Muscular Atrophy-Related Gene), o genă cu funcţie necunoscută. (26). (figura nr. 1).
Aceste gene joacă rol de gene modificatoare în atrofia musculară spinală. Studiile efectuate au indicat prezenţa unor deleţii ale acestor gene în numeroase cazuri de AMS, sugerând corelaţii între severitatea fenotipului şi prezenţa acestor variaţii.

II. 1. Gena Survival Motor Neuron (SMN)

Gena patogenică a AMS -SMN1, constă în copia telomerică a duplicaţiei (denumită anterior SMNtel). Copia centromerică a segmentului duplicat este omoloagă SMN1 şi a mai fost denumită SMN2 (SMNcen). Studii moleculare arată că această duplicaţie a apărut în urmă cu aproximativ 3 milioane de ani, deoarece este prezentă la cimpanzei şi oameni, dar nu la primate mai puţin evoluate.
Numărul de copii ale genei SMN1 variază: o copie SMN1 pe fiecare cromozom în 82-96% din indivizii normali, două copii SMN1 pe fiecare cromozom la 4-18 % din indivizii normali. Prezenţa cel puţin a unei copii este indispensabilă pentru supravieţuirea neuronilor motori.
Structura: Gena SMN are 20 kb şi conţine 9 exoni (1, 2a, 2b, 3-8) (21). Exonul 8 nu este translatat. Ea codifică proteina SMN ce conţine 294 aminoacizi. (32).
Figura 1. Regiunea SMA (32)
Gena SMN1 (telomeric SMN)
Structura SMN1 este foarte asemănătoare cu SMN2: exonii 7 şi 8 conţin secvenţe nucleotidice specifice, secvenţa de codificare a SMN2 diferă de cea a SMN1 printr- un singur nucleotid (840 C>T) în exonul 7 (vezi figura nr. 2) (21)
Gena SMN2 (Centromeric SMN)
Gena SMN2 este localizată centromeric faţă de gena SMN1 şi este foarte asemănătoare structural cu gena SMN1. Secvenţele genomice ale SMN1 şi SMN2 diferă prin 5 nucleotide, dar o singură diferenţă este importantă din punct de vedere funcţional: tranziţia C^T localizată la nivelul unui situs reglator al matisării (activator exonic de matisare – exonic spli-cing enhancer) de la nivelul exonului 7 al SMN2. (17)

Această variantă modifică încorporarea secvenţelor corespunzătoare exonului 7 în molecula ARNm, determinând sinteza unei proteine mai scurte şi cu eficienţă mult redusă. Din această cauză, gena SMN2 poate produce o proteină de lungime completă, similară SMN1, doar în cantitate de aproximativ 10% din totalul produşilor ei de expresie.
Numărul de copii SMN2 prezintă variaţii individuale, frecvenţa diferitelor genotipuri fiind ilustrată în tabelul nr. I (17).
Pacienţii cu AMS au două sau mai multe copii, scăderea numărului de gene SMN2 se corelează cu severitatea bolii.

II.2. Neuronal Apoptosis Inhibitory Protein (NAIP)

 Intr-o publicaţie separată Lefebvre şi colab. (15), şi Roy şi colab. (25) au identificat o genă diferită pe cromozomul 5ql3.1 – neuronal apoptosis inhibitory protein (NAIP).

Gena NAIP se află în apropierea genei SMN şi este de asemenea duplicată în regiunea 5ql3. In această regiune există un număr variabil de copii truncate. Prezenţa NAIP poate fi detectată prin amplificarea PCR a exonului 5, care este prezent numai în gena cu lungime completă. Deleţia exonului 5 a fost prezentă la 45 % din pacienţii cu AMS tip I şi 18 % la pacienţii cu tipul II şi tipul III.

Experimente recente care arată că NAIP suprimă apoptoza în celulele mamiferelor sprijină ideea că proteina acţionează ca un regulator negativ al apoptozei neuronilor motori şi când este deficientă sau absentă, contribuie la fenotipul AMS. (12,24)

II.3. Basal transcription factor (Btf2-p44)

 Gena p44, o subunitate a factorului de transcripţie bazală TFIIH, a fost de asemenea caracterizată şi localizată în regiunea SMA. Au fost studii care au arătat că gena GTF2H2 (p44) este duplicată în regiunea 5ql3, versiunea telomerică (p44t) este localizată în apropiere de regiunea critică SMA , în timp ce copia centromerică (p44c) este localizată în regiunea centromerică. (vezi figura nr. 1).

 

 

Figura 2. Localizarea nucleotidelor prin care SMN1 poate fi diferențiată de SMN2 (31)

 

Tabelul I. Numărul de copii SMN2

 

 

Factorul de transcripţie TFIIH este un complex de proteine multifuncţional implicat în procesul de transcripţie, mecanismele de reparare a ADN şi probabil şi în alte procese celulare.

Au fost raportate studii care au comparat date clinice de la 94 de pacienţi neînrudiţi, cu AMS, cu genotipul lor (genele SMN, NAIP, p44) şi au arătat că deleţiile mari care implică aceste locusuri se asociază cu fenotipul de AMS cel mai sever (AMS tip I). Mai mult, a fost comparată activitatea a diferitelor complexe TFIIH la pacienţii care aveau ambele gene p44 şi la cei cu deleţie homozigotă a genei p44. Datele rezultate sugerează că numai rearanjările genei p44 nu afectează major evoluţia bolii. Oricum, asocierea strânsă între deleţiile mari ale acestei regiuni şi fenotipul cel mai sever de AMS poate sugera că severitatea simptomelor clinice poate fi legată de modificările genei p44, fie singure fie cu alţi factori modificatori asociaţi mutaţiilor genei SMN. (18,29)

 

III. MUTAŢIILE ÎN ATROFIA MUSCULARĂ SPINALĂ (AMS)

Prezenţa duplicaţiei determină instabilitatea genomică a regiunii SMA şi oferă potenţialul pentru schimburi inegale de material genetic care modifică numărul copiilor al variatelor secvenţe markeri.

Această particularitate se reflectă în diferenţele inter-individuale în ceea ce priveşte numărul, poziţia şi orientarea multiplilor markeri genetici localizaţi în această regiune critică SMA. Prezenţa a două copii identice a unei gene scade presiunea selecţiei naturale care ar trebui să menţină la un nivel redus numărul mutaţiilor . Astfel, deşi oamenii şi cimpanzeii au un număr variabil de copii ale genei SMN pe fiecare cromozom, numai oamenii au secvenţe diferite în exonii 7 şi 8 care determină degradarea SMN într-o genă doar parţial funcţională.

Mutaţiile responsabile în majoritatea cazurilor de apariţia atrofie muscularăi spinale pot fi:

  • Deleţii ale unuia sau mai multor exoni ai genei SMN1;
  • Mutaţii punctiforme, de obicei cu sens greşit

Pentru apariţia bolii este necesar ca ambele alele să prezinte mutaţii. In unele cazuri se pot asocia o deleţie pe una dintre alele cu o mutaţie punctiformă pe cealaltă.

Mecanismele prin care apar deleţiile pot fi:

  • Deleţie prin recombinare neomoloagă (inegală) în timpul meiozei paterne, care duce la pierderea de material genetic, inclusiv a genei SMN1 sau a unei porţiuni a acesteia.
  • Conversie genică a genei SMN1 în SMN2 – în urma recombinării inegale se poate produce un transfer unidirecţional de informaţie, între gene vecine foarte asemănătoare; astfel una din gene rămâne neschimbată, iar cealaltă este modificată, primind o parte din secvenţele primei (11). Rezultatul este un cromozom cu absenţa secvenţei SMN1 dar o creştere corespunzătoare a numărului de copii SMN2 cu una. (9)

Mutaţiile punctiforme apar prin erori de replicare ale polimerazei.

 

III. 1 Mutaţii de tip deleţie şi conversie ale SMN1

Aproximativ 94 % din pacienţi cu AMS clinic au tipic absenţa ambelor copii ale exonului 7 SMN1. Pierderea SMN1 poate apare prin deleţie (tipic o deleţie mare care include întreaga genă) sau prin conversia genei în SMN2. (21)
Sunt citate studii în literatură care folosesc doi markeri polimorfi ci, iniţial cu Agi-CA (C272) ulterior şi cu C212, localizaţi la capătul 5′ al genelor SMN. Genotipul cu o copie SMN2 pe fiecare cromozom, împreună cu pierderea NAIP apare în cromozomii AMS tip I şi implică o deleţie largă. In tipurile II şi III deşi lipseşte SMN1, cel mai adesea au un cromozom cu o copie SMN2 şi celălalt cromozom cu două copii de SMN2. în tipurile AMS II şi III, gena SMN1 lipseşte, dar gena NAIP este prezentă, deoarece sunt prezenţi markerii la capătul 5′ al genei SMN1. Atunci când gena SMN1 nu este detectată dar markerii arată că locusul este încă prezent, trebuie luat în considerare alt mecanism în afară de deleţie, cel mai probabil mecanism este conversia SMN1 în SMN2, care duce la creşterea copiilor SMN2. (vezi figura nr. 3)(3,31)

Pornind de la constatarea că gena SMN2 poate genera, totuşi, o cantitate mică de proteină funcţională, a fost propusă astfel ipoteza că o creştere a numărului de copii SMN2 scade severitatea bolii prin producerea unor niveluri crescute de proteină SMN funcţională.

 

III. 2. Mutaţii punctiforme

într-un număr substanţial de pacienţi cu AMS cărora nu le lipsesc ambele copii SMN1, au fost identificate mutaţii punctiforme în gena SMN1. Aceste mutaţii aduc probe solide că SMN1 este într-adevăr gena AMS, în timp ce mutaţiile intragenice SMN1 se asociază cu fenotipul AMS indiferent de statusul NAIP sau al altor gene. (21)

 

Figura 3. Reprezentarea schematică a locus SMN1, cu poziţia markerilor şi a genelor (31)

 

Wirth şi colab au raportat că 18 din 501 pacienţi cu AMS (6 din 265 tip 1,6 din 122 tip II şi 6 din 114 tip III) cu mutaţii identificabile în ambii cromozomi 5 au o mutaţie punctiformă şi o mutaţie tip deleţie (30). Astfel, proporţia alelelor de boală cu mutaţii punctiforme a fost cea mai mare în tipul III de AMS şi cea mai mică în tipul I.
Deşi absenţa ambelor copii ale SMN1 este o evaluare sigură şi sensibilă pentru majoritatea pacienţilor cu AMS, aproximativ 5 % au alte tipuri de mutaţii ale SMN1, care nu vor fi detectate prin metodele utilizate pentru testarea deleţiei [homozigote]. Datorită frecvenţei crescute a deleţiei majoritatea acestor pacienţi vor fi heterozigoţi compuşi cu deleţia alelei SMN1 pe o alelă şi apariţia unei mutaţii punctiforme sau alt tip de mutaţie mică pe cealaltă alelă.

Au fost descoperite atât mutaţii cu sens greşit cât şi mutaţii cu deplasarea cadrului de citire. Deşi mutaţiile pot apărea de-a lungul întregii gene, există o regiune preferenţială pentru mutaţiile cu sens greşit în exonul 6 (vezi figura nr. 4). Exonul 6 corespunde unui domeniu al proteinei SMN care este important în oligomerizarea proteinelor.

Caracterizarea acestor mutaţii intragenice în SMN1 au adus dovezi în plus legate de rolul SMN2 în modificarea fenotipului. Autorii au observat că mutaţiile cu sens greşit sunt cel mai frecvent asociate cu o afectare mai uşoară la pacienţii din lotul studiat de ei şi fenotipul sever al AMS tipul 1 este rezultatul mutaţiilor cu deplasarea cadrului de citire care poate fi ameliorat prin creşterea numărului de copii SMN2. (31)

 

 

Figura 4. Distribuția mutațiilor punctiforme în gena SMN1 (23)

 

 

 

III. 3. Deleţiile de novo

In aprox 2% din cazurile de atrofie musculară spinală un singur părinte este purtător al unei mutaţii în gena SMN1. A doua alelă suferă o mutaţie de novo. Deleţiile de novo apar frecvent în timpul meiozei datorită defectelor de recombinare cromozomială între cromatidele surori (21)

III. 4. Polimorfisme SMN

Majoritatea polimorfismelor sunt prezente în regiunea promotorului şi intronului 6 (20). Ogino şi colab. au raportat cinci subiecţi neînrudiţi care aveau două alele diferite ca lungime datorită unei singure inserţii de thymidină într-un tract preexistent polythymidină (8T) în intronul 6 al SMN1 (IVS6-24dupT sau IVS6-24_ IVS6-23insT). Doi au fost simptomatici (unul cu AMS tipul II şi celălalt cu tipul III) şi ceilalţi trei au fost asimp-tomatici. Afectarea unei regiuni necodante, la distanţă de situsurile reglatoare, sugerează, totuşi, o probabilitate redusă pentru ca aceste modificări să aibă efecte asupra funcţiei proteinei. Prezenţa cazurilor simptomatice ar putea sugera asocierea altor factori. (21).

Există 31 de polimorfisme raportate până în present: 12 la nivelul promotorului, unul în intronul 1, unul în exonul 2a , unul în exonul 3 şi 16 în intronul 6 (20,21).

 

IV. PROTEINA SMN

IV. 1. Proteina SMN

Este o proteină foarte larg răspândită, cu o greutate moleculară de 38 kilodaltoni (kDa). Este prezentă
atât în citoplasmă cât şi în nucleul celulelor corpului. In nucleu este concentrată la nivelul unor structuri denumite “gems” care se suprapun sau sunt foarte a-propiate de corpusculii Cajal. Corpusculii Cajal conţin niveluri crescute de factori implicaţi în transcripţie şi procesarea mai multor tipuri de ARN nuclear.

Numărul gemelor în ţesuturi sau linii celulare ale pacienţilor cu AMS se corelează invers cu severitatea bolii, pacienţii cu tipul I având geme puţine sau acestea lipsesc.

De asemenea SMN este prezentă în granulele axonilor neuronilor, unde sunt rapid transportate bidirecţional. SMN este bogat reprezentă la nivelul conurilor de creştere şi probabil la nivelul membranei postsinaptice a joncţiunii neuromusculare.

Nivelurile de proteină SMN sunt reglate în timpul dezvoltării astfel: crescute în perioada embrionară, apoi scad în perioada postnatală imediată. Este posibil ca boala să înceapă când nivelurile de SMN scad sub un prag critic şi astfel severitatea bolii depinde, în parte, de momentul apariţiei acestei scăderi în timpul dezvoltării.

Proteina SMN are mai multe motive structurale identificate (vezi figura nr. 5):

  • regiune bogată în lisină codificată de exonul 2
  • un domeniu Tudor codificat de exonul 3
  • o regiune poliprolină codificată de exonii 4 şi 5
  • o regiune cu mai multe perechi tirozina – glicina (Y-G) codificată de exonul 6

 

 

Figura 5. Diagrama SMN cu exonii și domeniile (4)

 

 

 

IV.2 Funcţiile proteinei SMN

Din datele raportate în prezent în literatură se pare că proteina SMN are două roluri celulare: biogeneza snRNP (matisarea preARN mesager) şi translocarea P actinei în conurile de creştere axonale. (13)

a. AMS şi matisarea
Pentru a înţelege patogeneza în atrofia musculară spinală trebuie mai întâi să trecem în revistă câteva date teore-tice despre transformarea informaţiei genetice (ADN) în proteine. Astfel informaţia genetică este iniţial transcrisă rezultând ARN premesager, apoi prin procese complexe de maturare ARN premesager devine ARN mesager (are numai exoni) şi ulterior printr-un proces denumit translaţie se realizează decodificarea informaţiei genetice într-o secvenţă specifică de aminoacizi. (vezi figura nr. 6)

Gena este alcătuită din exoni (regiunile funcţionale ale genei), care alternează cu introni (secvenţe neco-dante). In cadrul procesului de maturare din ARN premesager în ARN mesager intronii sunt decupaţi şi îndepărtaţi, ulterior exonii trebuie legaţi “cap la cap”, proces care se numeşte matisare (“splicing”).

SMN are un rol important în matisare, motiv pentru care vom detalia un pic acest proces. Matisarea depinde de existenţa unor secvenţe nucleotidice semnal situate la graniţa exoni-introni:

  • secvenţa 5’GT (GU în ARN) – situs donor— secvenţa 3’AG – situs acceptor
  • situs de conexiune/legătură (“branch site”) -ce conţine nucleotidul A

Mecanismul de decupare se realizează în trei etape (9):
1. Secţionarea joncţiunii exon – intron 5’GU
2. Ataşarea nucleotidului terminal G la nucleotidul A al situsului de conexiune şi formarea unei structuri în buclă (lasou).
3. Secţionarea intronului la joncţiunea 3’AG, îndepărtarea lui şi unirea segmentelor de ARN exonic
In general matisarea este realizată de un complex macro molecular denumit spliceozom (“spliceosome”), care recunoaşte aceste situsuri. Procesul de matisare al ARN premesager este esenţial pentru realizarea cu succes a exprimării genei şi este transportată de spliceozom (aparatul de matisare) în nucleu.

Componentele majore ale spliceozomului sunt:

  • complexul SMN (vezi figura 7)
  • cinci ribonucleoproteine nucleare mici (snRNP) bogate în uridină (UI, U2, U5 si U4/U6 – Us-nRNP). Fiecare din UsnRNP (cu excepţia U6) este alcătuit dintr- o moleculă de ARN nucleară mică (snARN), un set de şapte proteine comune şi mai multe proteine specifice fiecărui ARNs nuclear mic. (14)

 

 

 

Figura 6. Decodifi carea informației genetice (9 modifi cat)

 

 

Figura 7. Complexul SMN (7)

 

Complexul SMN este alcătuit din proteina SMN (care se oligomerizează la nivelul regiunii carboxil) şi mai multe proteine adiţionale, denumite gemine (6,7, 22) (vezi figura nr. 8). S-a arătat în mai multe studii că gemina 5 este proteina care leagă ARN (“snARN-binding”) a complexului SMN, deoarece se leagă direct şi specific la capătul 3′ al snARN. Prin aceasta, gemina 5 serveşte pentru a specifica snARN, printre toate ARN celulare, pentru asamblarea snRNP funcţionale. (14).

In complexul SMN în afară de componentele majore ale SMN (gemine) care sunt stabil asociate, au putut fi identificate mai multe proteine. Din acestea fac parte proteinele Sm (B sau B2, Dl, D2, D3, E, F şi G) care sunt aranjate într-un miez Sm pe o secvenţă bogată în uridină denumită “Sm site” al fiecărui snARN. (33)

Complexul SMN leagă proteinele Sm prin intermediul unor domenii unice bogate în arginină şi glicină (RG) găsite în trei din acestea – SmB, SmDl, SmD3 -şi prin interacţiuni adiţionale ale geminelor cu domeniile Sm. Asocierea cu domeniile RG este puternic crescută de dimetilarea simetrică a acestor domenii, proces realizat de un complex denumit methylosome 20 S (ce conţine metiltransferaza JBP1 (PRMT5), plCln şi MEP50). (vezi figura nr. 8)

Proteina SMN ea însăşi se leagă prin intermediul domeniului Tudor direct de aceste domenii simetrice dimetil-arginina şi metilarea acestor proteine creşte legarea proteinei Sm la complexul SMN (vezi figura nr. 8).

In cursul asamblării snRNP, iniţial fiecărui snARN în nucleu, în cadrul procesului de maturare i se adaugă la capătul 5′ o moleculă de 7 metil guanozină ce formează o structură specifică denumită “cap” -m7g cap. Ulterior aceste snARN sunt exportate din nucleu în citoplasmă, unde se asociază cu complexul SMN. După asamblare, 7-metil guanozina “cap” al ARN nuclear mic este hipermetilat în 2,2,7-trimetil guanozina “cap”.

snRNP asamblate corespunzător sunt apoi importate în nucleu, unde proteinele specifice-snRNP se asociază pentru a forma snRNP complet funcţionale.

SnRNP mature realizează procesul de matisare al ARN premesager. Pentru ca procesul de matisare să fie executat într-o manieră eficientă şi la timp, procesul de asamblare al snRNP trebuie să se desfăşoare eficient şi fără probleme. Aici complexul SMN este esenţial. Complexul SMN recunoaşte direct şi se leagă atăt de proteine cât şi de componentele ARN ale snRNP şi facilitează interacţiunea lor, astfel asigurând o specificitate strictă a procesului de asamblare a acestora. (Figura nr. 8).

 

Figura 8. Transcriptele SMN1 și SMN2 (4)

 

 

b. Alte funcţii ale proteinei SMN
SMN poate avea şi alte funcţii în neuronii motori. In procesul neuronal, proteinele SMN leagă ribo-nucleoproteine nucleare heterogene, care se leagă de regiunea 3′-netranslatată a P actin a ARN mesager. Această interacţiune este necesară pentru transportul eficient al P actin ARN mesager în conurile de creştere. P actin ARN mesager şi proteina localizată în conul de creştere sunt cunoscute a fi necesare pentru creşterea axonală, aşa cum citoscheletul de actină este forţa necesară pentru mobilitatea conului de creştere. (10)

 

V. MECANISME PATOGENICE ÎN AMS

Deşi se cunoaşte că mutaţiile de la nivelul genei SMN1 determină niveluri scăzute de proteină SMN la pacienţii cu AMS, secvenţa exactă a evenimentelor patogenice care determină moartea selectivă a moto-neuronilor spinali nu este pe deplin cunoscută.

Au fost propuse două ipoteze care să explice mecanismul AMS. Prima sugerează că întreruperea formării snRNPs afectează matisarea unui grup selectiv de gene care sunt importante pentru circuitul neuronilor motori. A doua sugerează că SMN are o funcţie la nivelul axonilor care este întreruptă în AMS. Este de asemenea posibil ca ambele ipoteze să fie cumva întrepătrunse, astfel, scăderea asamblării snRNP poate influenţa matisarea genelor importante pentru axoni. Deşi există evidenţe care să susţină ambele ipoteze nu există încă dovezi clare care dintre ele este cea corectă sau dacă se aplică amândouă. (4)

 

 

 

Figura 9. Etapele asamblării snRNPs:

 

Diferenţa dintre SMN1 şi SMN2 (translaţie silenţioasă a tranziţiei C-T localizată la nivelul exonului 8) determină frecvent sărirea (“skipping”) exonului 7 în timpul matisării derivatelor transcrise ale SMN2. (17). In consecinţă, deşi SMN produce transcripte cu lungime completă, majoritatea transcriptelor mature care provin din SMN2 nu au exonul 7. Aceste transcripte codifică o proteină truncată (SMNA7) care se pare că este rapid degradată şi manifestările bolii sunt probabil rezultatul deficitului de proteină SMN cu lungime completă. (8,16,27,28).

Un pas fundamental în patogeneza moleculară a AMS este alterarea matisării transcriptelor derivate din SMN2,în comparaţie cu transcriptele derivate din SMNl.Transcriptele SMN cu lungime completă sunt codificate de 9 exoni (1,2a, 2b, 3-8) şi exonii 1-7 sunt translataţi în proteina SMN. Au fost propuse două modele pentru a explica efectul inhibitor al tranziţiei C-laT la includerea exonului 7 în SMN2. (28).

Conform cu modelul exonic activator al matisării (“exonic splicing enhancer”), exonul 7 al SMN1 conţine o secvenţă cu motiv heptamer care recrutează factorul de matisare SF2/ASF, ce promovează includerea exonului 7. Când acest motiv este întrerupt de tranziţia C-la T care este prezentă în transcriptele SMN2, factorul SF2/ASF nu este recrutat, şi situsul 3’de matisare nu este recunoscut iar exonul 7 este exclus.

Modelul exonic inhibitor al matisării (“exonic splicing silencer”) propune că tranziţia C -laT crează un element inhibitor care interacţionează cu ribonu-cleoproteina nucleară Al, un factor de matisare care reprimă includerea exonului 7.

Aceste modele nu sunt în mod necesar reciproc exclusive şi ambele mecanisme pot avea loc simultan. Patternul specific al matisării derivatelor din transcriptele SMN2 este foarte probabil să fie specific fiecărui tip de celulă, depinzând de concentraţia unor factori de matisare diferiţi în diferite tipuri de celule. In neuronii motori acesta este necunoscut.

Pierderea aminoacizilor care sunt codificaţi de exonul 7 determină producerea unei proteine SMN cu deficienţă de oligomerizare şi stabilitate sever scăzute şi monomerii de SMN sunt rapid degradaţi. In acest fel pierderea SMN1 determină scăderea nivelului de SMN în majoritatea ţesuturilor.

CONCLUZII

Deşi au fost făcute multe descoperiri în domeniul geneticii AMS 5q, care au permis identificarea genelor implicate şi a mutaţiilor, mecanismele patogenice nu sunt complet cunoscute. Se ştie că proteina SMN are un rol important în matisare prin asamblarea ribo-nucleoproteinelor mici nucleare specifice.

Asamblarea ribonucleoproteinelor nucleare mici este în mod evident alterată în AMS, dar nu se ştie dacă şi alte reacţii specifice dependente de SMN mai sunt afectate. Deşi SMN este exprimată în toate ţesuturile, sunt afectaţi în mod aproape exclusiv neuronii motori din măduva spinării, specificitate care nu este încă deplin explicată.

 

BIBLIOGRAFIE

  1. Battle D.J., Kasim M., Yong J., Lotti F., et al – The SMN Complex: An Assembly Machine for RNPs- Cold Spring Hârb Symp Quant Biol, 71: 313-320,2006
  2. Brzustowicz LM, Lehner T, Castilia LH, et al. – Genetic mapping of chronic childhood-onset spinal muscular atrophy to chromosome 5qll.2-13.3.-Nature.; 344:540-541,1990
  3. Burghes Arthur H. M. – When Is a Deletion Not a Deletion? When It Is Converted -Am. J. Hum. Genet. 61:9-15,1997
  4. Burghes Arthur H. M., Beattie Christine E. – Spinal muscular atrophy: why do low levels of survival motor neuron protein make motor neurons sick? – Nature Reviews Neu-roscience volume 10, August, 2009
  5. Campbell Louise, Allyson Potter, Jaakko Ignatius, Victor Dubowitz, and Kay Davies – Genomic Variation and Gene Conversion in Spinal Muscular Atrophy: Implications for Disease Process and Clinical Phenotype – Am. J. Hum. Genet. 61:40-50,1997
  6. Carissimi C. Baccon T. Straccia M. Chiarella P. Maiolica A. Sawver A. Rappsilber T. Pellizzoni L.- Unrip is a component of SMN complexes active in snRNP assembly – Hu-man Molecular Genetics, Voi. 14, No. 20 3099-3111,2005
  7. Carissimi Claudia, Saieva Luciano, Baccon Jennifer, Pier-anna Chiarella, Alessio Maiolic, Alan Sawyer – Gemin8 Is a Novei Component of the Survival Motor Neuron Complex and Functions in Small Nuclear Ribonucleoprotein Assembly- The Journal of Biological Chemistry , Vol. 281, No. 12, pp. 8126-8134, March 24,2006
  8. Coovert DD, Le TT, McAndrew PE, et al. – The survival motor neuron protein in spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet.;6:1205-1214; 1997
  9. Covic M, Ştefanescu D, Sandovici I. – Genetică medicală, Editura Polirom, ediţia a-2-a, 2011
  10. Crawford Thomas O., Pardo Carlos A. – The SMA criticai region: classic and molecular genetics -The Neurobiology of Childhood Spinal Muscular Atrophy, 1996
  11. Crawford Th.O.- Spinal Muscular Atrophies – în H. Roy-den Jones Jr, Darril C. De Vivo, B. T. Darras- Neuromus-cular Disorders of Infancy, Childhood and Adolescence, A Clinician Approach, Elsevier, 2003
  12. Gavrilov DK, Shi X, Das K, et al. – Differential SMN2 ex-pression associated with spinal muscular atrophy severity -Nat Genet.; 20:230-231; 1998
  13. Goran Simic – Pathogenesis of proximal autosomal reces-sivespinal muscular atrophy – Acta Neuropathol, 116:223-234,2008
  14. Kolb Stephen J., Battle Daniel J., Gideon Dreyfuss – Molecular Functions of the SMN Complex- J Child Neurol; 22; 990,2007
  15. Lefebvre S, Burglen L, Reboullet S, et al. – Identification and characterization of a spinal muscular atrophy-deter-mining gene – Cell.;80:155-165,1995
  16. Lefebvre S, Burlet P, Liu Qj et al. – Correlation between severity and SMN protein level in spinal muscular atrophy – Nat Genet.;16:265-269,1997
  17. Lorson CL, Hahnen E, Androphy EJ, Wirth B. – A single nucleotide in the SMN gene regulates splicing and is re-sponsible for spinal muscular atrophy. Proc Natl Acad Sci USA.; 96:6307-6311,1999
  18. Lydie BRrglen, Thierry Seroz, Pierre Miniou, et al – The Gene Encoding p44, a Subunit of the Transcription Factor TFIIH, Is Involved in Large-Scale Deletions Associated with Werdnig-Hoffmann Disease – Am. J. Hum. Genet. 60:72-79,1997
  19. Melki J, Sheth P, Abdelhak S, et al. – Mapping of acute (type I) spinal muscular atrophy to chromosome 5ql2-ql4. The French Spinal Muscular Atrophy Investigators. Lan-cet.;336:271-273,1990
  20. Monani UR, Lorson CL, Parsons DW, et al – A single nucleotide difference that alters splicing patterns distin-guishes the SMA gene SMN1 from the copy gene SMN2 – Hun. Mol. Genet. 8 (7), 1177-1183,1999
  21. Ogino S, Wilson R.B. – Spinal muscular atrophy: molecular genetics and diagnostics – Expert. Rev.Mol. Diagn. 4 (1), 15-29,2004
  22. Paushkin Sergey, Amelie K Gubitz, Severine Massenet and Gideon Dreyfuss – The SMN complex, an assemblyosome of ribonucleoproteins – Current Opinion in Cell Biology, 14:305-312,2002
  23. Prior Thomas W – Spinal Muscular Atrophy Diagnostics- J Child Neurol; 22; 952,2007
  24. Rodrigues Nanda R., Kevin Talbot, and Kay E. Davies -Molecular Genetics of Autosomal Recessive Spinal Muscular Atrophy – Molecular Medicine, Volume 2, Number 4, July, 400-404,1996
  25. Roy, N., Mahadevan, M. S., McLean, et al – The gene for neuronal apoptosis inhibitory protein is partially deleted in individuals with spinal muscular atrophy – Cell 80: 167-178,1995
  26. Schmalbruch H, Haase G – Spinal Muscular Atrophy: Present State, Brain Pathology, 11: 231-247,2001
  27. Soler-Botija C, Cusco I, Caselles L, et al. – Implication of fetal SMN2 expression in type I spinal muscular atrophy pathogenesis: protection or pathological gain of function? – J NeuropatholExp Neurol.; 64:215-223,2005
  28. Sumner Charlotte J., MD – Molecular Mechanisms of Spinal Muscular Atrophy -Journal of Child Neurology, Volume 22 Number 8, August, 979-989,2007
  29. Talbot K. – Spinal muscular atrophy- Inher. Metab. Dis. 22, 554-545,1999
  30. Wirth B, Hertz M, Wetter A et al – Quantitative analysis of survival motor neurone copies: identification of subtle SMN1 mutations in patients with spinal muscular atrophy, genotype-phenotype correlation and implications for genetic counseling – Am. J.Hum. Genet, 64, 1340-1356, 1999
  31. Wirth Brunhilde – An Update of the Mutation Spectrum of the Survival Motor Neuron Gene (SMN1) in Autoso-malRecessive Spinal Muscular Atrophy (SMA) – Human Mutation 15:228.237,2000
  32. www.neuromuscular.wustl.edu – Spinal Muscular Atrophy (SMA0; SMA1; SMA2; SMA3; SMA4; SMA 5q)
  33. Yong Jeongsik, Wan Lili and Dreyfuss Gideon – Why do cells need an assembly machine for RNA-protein complexes? – Trends in Cell Biology Voi. 15 No.5 May, 2004

 

 

Adresa de corespondenta:
Niculina Butoianu, Str. Panait Istrati nr. 79, sect 1, cod poştal 011546, Bucureşti