Analysis of Cholesterol Biosynthetic Pathway in Huntington's Disease. The role of Liver X Receptors

Il colesterolo ਠun componente essenziale del Sistema Nervoso Centrale (SNC) e Sistema Nervoso Periferico (SNP). Circa il 25% di tutto il colesterolo del corpo umano ਠcontenuto nel cervello, nonostante quest'ultimo rappresenti solo il 2% del peso corporeo. Il colesterolo cerebrale ਠlocalizzato per il 70% nella mielina, il 30% nelle cellule gliali, soprattutto astrociti e microglia, ed il restante 20% nei neuroni. Nel sistema nervoso il colesterolo ਠun componente essenziale delle membrane delle cellule neuronali, ਠcoinvolto nel processo di maturazione del SNC, nella sinaptogenesi, nei processi di trasduzione del segnale e nel traffico vescicolare. Tutto il colesterolo contenuto nel cervello ਠfrutto della sintesi in situ poichà© la Barriera Emato Encefalica (BEE) non consente il passaggio dal circolo ematico al cervello dei complessi di lipoproteine contenenti il colesterolo. Il 99% del colesterolo cerebrale ਠcontenuto in forma non esterificata. Durante l'embriogenesi e i primi anni di vita le cellule deputate alla sintesi del colesterolo cerebrale sono i neuroni. Successivamente, nella età  adulta, quando i processi di mielinizzazione e maturazione cerebrale sono terminati i neuroni demandano la sintesi del colesterolo agli astrociti ed in misura minore agli oligidendrociti. Il processo di biosintesi del colesterolo inizia nel reticolo Endoplasmatico (RE) degli astrociti con l' Acetyl-CoA che viene convertito prima in 3-Idrossi-3-Metilglutaril-CoA (HMGCoA) e poi in Mevalonato; tali tappe sono regolate da un enzima chiave in questo processo, l'Idrossi-Metil-CoenzimaA-Reduttasi (HMGCoAR). Le tappe che portano alla formazione del colesterolo prevedono la sintesi di intermedi quali lo squalene, il lanosterolo, il latosterolo, il desmosterolo. L'espressione dell'enzima HMGCoAR ਠinibita dallo stesso colesterolo con un feedback negativo attraverso le sterol-responsive element binding protein (SREPB). Il colesterolo in eccesso si lega alle SREPB che traslocano nel nucleo dove regolano l'espressione del gene HMGCoAR. Il colesterolo sintetizzato viene esportato dagli astrociti attraverso il trasportatore di membrana ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1), viene caricato sulle ApolipoproteineE (ApoE) ed il complesso ApoEcolesteroli viene cosଠinternalizzato nei neuroni attraverso il trasportatore di membrana low-density lipoprotein receptors ( LDL-R). Una volta entrato nei neuroni parte del colesterolo viene veicolato alle membrane plasmatiche per la formazione di sinapsi, assoni e dendriti ed una parte viene destinato alla sintesi degli ormoni steroidei. Il colesterolo in eccesso prodotto potrebbe essere tossico e viene pertanto esterificato ed eliminato dal cervello sotto forma di ossisteroli e poi eliminato per via epatica sotto forma di acidi biliari. Il processo di esterificazione del colesterolo ਠfinalizzato alla produzione di metaboliti lipofilici che sono in grado di essere rimossi dai tessuti in maniera pi๠efficiente del colesterolo non esterificato. Il pi๠abbondante ossisterolo prodotto dal cervello ਠil 24-Idrossicolesterolo (24-OHC) la cui sintesi viene regolata dall'enzima colesterolo-24-Idrossilasi ( CYP46A1). Il 24-OHC viene esportato dai neuroni attraverso il recettore di membrana ABCA1, caricato dalle ApoE e trasportato nel circolo ematico attraverso il passaggio dalla BEE. Una volta in circolo viene esterificato a LDL per essere eliminato per via epatica. Il 24-OHC ਠun ligando del Liver X- activated receptor (LxR), un recettore nucleare che induce l'espressione dei geni ApoE e ABCA1 negli astrociti con un feedback positivo indotto dai livelli di colesterolo e 24-OHC. Nell'uomo le concentrazioni plasmatiche dei precursori del colesterolo, in particolare del lanosterolo e latosterolo sono considerate come markers surrogati della quantità  di colesterolo sintetizzato in tutto il corpo. Molti studi su modelli cellulari ed animali dimostrano che esiste una alterazione nel metabolismo del colesterolo in malattie neurodegenerative quali il Parkinson, la Sclerosi Multipla, l' Alzheimer e la Corea di Huntington. In tali modelli ਠstata evidenziata una ridotta concentrazione di ossisteroli imputata ad un deficit di sintesi del colesterolo oppure alla alterazione di una delle tappe che portano alla eliminazione dello stesso. E'stato pertanto supposto che queste alterazioni possano essere la causa della neurodegenerazione che caratterizza queste patologie e quindi implicate nella patogenesi delle malattie neurodegenerative. La malattia di Huntington (MH) ਠuna patologia neurodegenerativa autosomico dominante caratterizzata da disturbi motori, cognitivi e psichiatrici ad andamento progressivo. La causa della malattia ਠuna espansione anomala della tripletta CAG nel gene IT15 che codifica sul cromosoma 4 e che comporta la sintesi di una forma mutata della proteina Huntingtina (Htt). La Htt ਠimplicata in numerose funzioni intracellulari tra cui il traffico vescicolare, la trasmissione del segnale e regolazione dell'apoptosi. Recenti studi su modelli murini hanno dimostrato che la sintesi e il turnover del colesterolo sono alterati nella malattia di Huntington. In particolare ਠstata rilevata una ridotta traslocazione e attivazione di SREPB e successiva minore sintesi del colesterolo; ridotta espressione di geni implicati nel processo di biosintesi del colesterolo come HMGCoAR e CYP51; ridotta espressione di geni implicati nel trasporto del colesterolo come ABCA1; ridotta concentrazione plasmatica di colesterolo, lanosterolo, latosterolo e 24-OHC. La riduzione dei livelli plasmatici di colesterolo, dei suoi precursori e dei suoi metaboliti in pazienti affetti da HD sono correlati al grado di atrofia nel nucleo caudato, alla progressione clinica della malattia e al grado di espansione CAG. In prima ipotesi queste alterazioni sono state spiegate come la diretta conseguenza della neurodegenerazione. Ovvero col progredire della malattia aumenterebbe il numero dei neuroni metabolicamente attivi e ciಠcomporterebbe una riduzione nella quantità  di colesterolo sintetizzato. Pi๠recentemente gli studi si stanno orientando su un effetto diretto della Htt mutata sulla trascrizione di geni coinvolti nella sintesi del colesterolo. In particolare ਠstato dimostrato che la Htt mutata modula l'espressione genica di HMGCoAR. Alla luce di queste scoperte la riduzione dei livelli di colesterolo ed ossisteroli osservati nei pazienti potrebbe essere la conseguenza di un deficit di sintesi mediato dalla Htt mutata oltre che il risultato del solo processo neurodegenerativo. Ad oggi nessuno studio ਠstato condotto per valutare il ruolo dei Liver X Receptors nella patogenesi della Malattia di Huntington che rappresenta lo scopo del presente progetto di ricerca. L'endpoint primario del presente studio ਠdi valutare la capacità  della Htt mutata di regolare l'espressione genica di LxR analizzando i livelli di mRNA dei LxR e dei geni target del LxR (LXR, ABCA1, ApoE, CYP7B1, SREPB). Ad oggi sono stati arruolati nello studio 14 pazienti con diagnosi molecolare di malattia di Huntington e 14 controlli sani. I pazienti sono stati selezionati tra i 130 pazienti affetti da Hd seguiti presso il nostro dipartimento di Neurologia. Sono stati esclusi dallo studio soggetti con dislipidemia, sindrome metabolica, storia di patologia epatica acuta o cronica e soggetti in trattamento con statine o antipsicotici. Ciascun paziente ਠstato sottoposto a scale di valutazione motoria (Huntigton Disease Rting Scale o UHDRS e Total Function Capacity o TFC) per determinare il grado di severità  della malattia. Ciascun paziente ਠstato sottoposto a prelievo di sangue periferico per la determinazione dei livelli plasmatici di colesterolo totale, colesterolo LDL ed HDL, trigliceridi. Il prelievo ematico ਠstato effettuato dopo almeno otto ore di digiuno e tutti soggetti arruolati hanno tenuto un diario alimentare nei giorni precedenti ad esso. L'analisi dei livelli di mRNA di LxR, ABCA1, ApoE, SREPB e CYP7B1 estratto dal siero e dai fibroblasti dei pazienti e dei controlli verrà  effettuato presso il Laboratorio del Dipartimento di Neurologia, AOU Federico II.