Efficiency of Feedback

Aproximadamente 50% dos casos de PEH autossômico dominante e de 10 a 15% dos casos esporádicos estão associados a mutações no gene SPAST (SPG4), portanto a forma mais comum das AD-SPG e a mais estudada. Esse gene é expresso ubiquamente e codifica a proteína espastina, que está envolvida na atividade de quebra de microtúbulos e no transporte axonal. Mais de 300 mutações no gene SPAST já foram descritas em pacientes que apresentam, em sua grande maioria, a forma pura da doença. Estima-se que maioria das mutações descritas produz uma espastina truncada, por mutações nonsense, por alteração do quadro de leitura (42%, dentre estas de 15 a 20% são deleções exônicas) ou por alterações no sitio de splicing (29%). Já as mutações missenses são menos comuns (29%). Poucos polimorfismos foram descritos, refletindo a natureza conservada desta proteína entre as espécies [56-70].

A idade de início pode ocorrer desde a infância até os 60 anos com grande variabilidade intrafamiliar, além disso, a ocorrência de penetrância incompleta e antecipação clínica também já foram descritas [30]. Nannetti et al, 2012, após a avaliação de 65 pacientes italianos com PEH, observou que 56% apresentavam mutação no gene SPAST e a idade de início foi mais precoce nas gerações subsequentes, sugerindo um fenômeno de antecipação. Isso também foi visto por Lan et

al., 2012, em um estudo com quatro famílias taiwanesas, porém, em ambos os estudos, esse

fenômeno pode ser atribuído a avaliação clínica mais detalhada das gerações mais novas [59, 71-77].

As análises genéticas dos tipos de mutações encontradas no gene SPAST de pacientes com PEH sugerem o mecanismo de perda de função, isto é, de haploinsuficiência para a doença [78], portanto a degeneração axonal vista seria resultante de quantidades insuficientes de espastina. O modelo de haploinsuficiência é reforçado pelo fato de que mais de 200 mutações patogênicas no gene SPAST serem nonsense ou de mudança de quadro de leitura, muitas dos quais levariam, teoricamente, ao decaimento do RNA mensageiro. Além disso, não foi detectada espastina truncada em estudos com pacientes humanos até o presente momento [59, 71-77].

23 Entretanto, a ideia de que não há espastina suficiente para desempenhar as funções necessárias não concilia com o fato de que não existem anormalidades detectáveis no desenvolvimento dos pacientes, pois a degeneração observada ocorre quase que exclusivamente no trato corticoespinhal e o inicio dos sintomas acontece na idade adulta. Também, seria esperado que os pacientes portadores de diferentes mutações produzissem diferentes quantidades de espastina mutada e que indivíduos portadores, da mesma mutação, não mostrassem diferenças significativas na idade de inicio, progressão clinica ou gravidade dos sintomas [59, 71-77].

Porém, a idade de inicio e a gravidade dos sintomas variam enormemente mesmo entre pacientes da mesma família carregando as mesmas mutações e, presumidamente, com as mesmas quantidades de espastina ativa. Além disso, na maioria das doenças neurodegenerativas, a patologia é causada pela expressão de proteínas neurotóxicas. Uma explicação alternativa é o mecanismo de ganho de função, para pelo menos alguns tipos de mutações, entretanto, é razoável pensar que as diferenças observadas entre os pacientes estão em sua capacidade de compensar perdas potenciais de atividade da espastina e/ou na sua capacidade de tolerar ou eliminar proteínas tóxicas [59, 71-77].

Outra característica observada, em estudos com famílias de PEH com mutações no gene

SPAST, é uma penetrância incompleta [79] e uma diferença entre gêneros dentro da uma mesma família, na qual os indivíduos apresentam a mesma mutação. No geral, os homens apresentam um fenótipo mais grave, com início mais precoce e progressão mais rápida quando comparados com as mulheres, além da penetrância ser maior em homens [30, 80-83]. Uma das explicações sobre o porquê da diferença entre os gêneros na apresentação clínica de PEH poderia ser atribuída às diferenças hormonais que naturalmente existem, porém existem poucas evidencias que suportam essa hipótese para a SPG4. Os determinantes para a diferença de gênero ainda estão longe de serem estabelecidos e sua combinação com modelos patofisiológicos ainda são escassos [80].

Sabe-se da grande variabilidade clínica presente em indivíduos aparentados com a mesma mutação e existem alguns estudos que tentam explicar parte desta variabilidade [56, 84-86]. McDermott et al, (2006), estudaram diversos pacientes com SPG4 que apresentavam a forma complexa da doença e tentaram encontrar uma associação entre polimorfismos no gene SPAST e o fenótipo complexo. Observaram que a alteração S44L segregava independentemente com outra mutação na SPAST e está associada a uma significante redução na idade de início e

24 frequentemente a um fenótipo mais grave. A hipótese para explicar como tal alteração poderia modificar o fenótipo é que essa mutação não seria uma alteração capaz de causar uma redução crítica de espastina isoladamente, mas sim quando em conjunto com outra mutação que prejudique a função do neurônio ou em homozigose [58, 87, 88].

Outro polimorfismo modificador de fenótipo é o P45Q, estudado em pacientes de SPG4 norte americanos, também associado à redução na idade de início [88]. Existem ainda evidências que polimorfismos no DNA mitocondrial poderiam modificar o fenótipo em casos em que são observadas características de PEH complexa em tipos de SPG que normalmente apresentam a forma pura [89]. Porém, os mecanismos através dos quais esses polimorfismos contribuem para modulação de fenótipo ainda são desconhecidos [88].

Outra explicação para variabilidade vista, em alguns casos, pode ser associada a mutações em sítios de splicing, que geralmente levam a um splicing aberrante, pode ainda ocorrer penetrância parcial, isto é, um alelo mutante que produz tanto o transcrito mutado como o selvagem, sugerindo que a existência de pequenas diferenças de expressão da espastina selvagem poderia ter uma consequência funcional significante [75, 90-92].

A espastina é uma proteína membro da família AAA, que é caracterizada pelo domínio em comum com a função de ATPase, o cassete AAA. A espastina está presente em diferentes isoformas dependendo do sítio de inicio de tradução e do splicing de éxons, em particular do éxon 4 (figura 7). Tem o tamanho predito de 616 aminoácidos, está localizada nos polos do fuso, na região de separação das células na citocinese, nas porções distais dos axônios e em pontos de ramificação axonal [93, 94]. Trabalhos experimentais sugerem que o segundo ATG (códon de inicio da transcrição), que leva a produção da isoforma mais curta, é o principal códon de inicio, embora outros estudos em ratos encontrarem que a isoforma mais longa estava expressa em maiores concentrações nos neurônios da medula espinhal do que em outros neurônios [11, 53, 57, 95-97].

As proteínas AAA estão envolvidas em uma ampla variedade de funções, incluindo atividade de metaloproteases, envolvimento na biogênese de organelas e vesículas, regulação do ciclo celular, montagem do ribossomo na mitocôndria ou como componente do proteossomo 26S. O domínio AAA da espastina é homólogo ao da catanina, uma proteína que corta microtúbulos e tem um papel na reorganização do microtúbulo no início da mitose [11, 53, 57, 95-97].

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Figura 7. Domínios estruturais da espastina e as possíveis isoformas. A. A região hidrofóbica (HR) possivelmente forma uma alça intramembrana com formato de grampo. O domínio MIT (de interação com microtúbulo e de tráfego) forma três hélices que interage com a hélice do complexo de separação do endossomo para proteínas ESCRT-III carregando corpos multivesiculares com proteína 1B (CHMP1B) e IST1. O domínio de ligação do microtúbulo (MBD) é necessário para que a espastina se ligue ao microtúbulo e é requerido para a atividade de corte de microtúbulo. O domínio ATPase AAA contém a atividade enzimática da proteína que é essencial na quebra de microtúbulos. As regiões em que se conhece interação com outras proteínas estão indicada pelas setas. B. Os domínios estruturais das isoformas da espastina M1 e M87 (os números após a letra M indicam as posições do códon ATG), indicando a numeração dos animoácidos. A posição do splicing alternativo do éxons 4 está indicada pelas linha pontilhada, M1 é o nome dado as isoformas que utilizam a primeiro códon ATG e M87 para as que usam o segundo códon ATG [50, 95,

98]

.

Similar a catanina, a espastina corta e desmonta microtúbulos, regula outras funções de forma dependente de ATP, e ainda possui um domínio MIT (do inglês: microtubule interacting and

trafficking) na região N-terminal, que pode estar envolvido nas interações com o microtúbulo e

com a membrana. Desta maneira, mutações no gene SPAST podem ter efeitos deletérios na dinâmica do microtúbulo envolvido na estabilidade do citoesqueleto, no transporte axonal e no tráfego intracelular, o que pode levar a degeneração axonal observada nas PEH [56].