AMILOIDE e AMILOIDOSIAMILOIDE e AMILOIDOSI

• L’amiloideamiloide è una sostanza proteica patologica, depositata tra le cellule in vari organi e tessuti del corpo sotto forma di fibrille di foglietti β-pieghettati in un’ampia varietà di malattie.

β- sheet basicsN

N

C

C

• L’amiloidosi è un disordine acquisito o ereditario che riguarda il folding delle proteine

• frammenti o intere proteine normalmente solubili sono depositate nello spazio extracellulare come fibrille insolubili che si accumulano e distruggono la struttura e la funzione di organi e tessuti e causano malattia.

• Nell’amiloidosi sistemica i depositi possono essere presenti nel parenchima di tutti i tessuti (eccetto il cervello) così come nella parete dei vasi sanguigni.

• Forme localizzate di amiloidosi nelle quali i depositi sono confinati a particolari organi o tessuti.

AMILOIDE e AMILOIDOSIAMILOIDE e AMILOIDOSI

• Amiloide è un disordine del folding delle proteine nel quale normalmente proteine solubili sono depositate come fibrille anormali insolubili che distruggono la struttura del tessuto e causano malattia.

• Sebbene circa 20 differenti proteine non correlate tra loro possano formare fibrille amiloidi in vivo, tali fibrille mostrano una struttura con un core di tipo beta in comune.

• Alcune proteine naturali “wild type” sono inherentlyamiloidogeniche, formano fibrille e causano amiloidosi in età avanzata o se presenti per lungo tempo a concentrazioni elevate in maniera anomala.

• Altre proteine amiloidi sono varianti acquisite o ereditate che contengono sostituzioni aminoacidiche che le rendono instabili così, in condizioni fisiologiche popolano parzialmente uno stato unfolded e tali intermedi poi aggregano in amiloide stabile.

AMILOIDE e AMILOIDOSIAMILOIDE e AMILOIDOSI

AMILOIDE e AMILOIDOSI

• L’amiloidosiamiloidosi non può essere definita un’unica malattia ma come gruppo di malattie che hanno in comune il deposito di proteine simili

• Gli organi in cui si è depositato l’amiloide sono:– Più grandi– Più compatti– Più pallidi

Microscopia• L’amiloide appare come una

sostanza extracellulare amorfa eosinofila e ialina che con il progressivo accumulo invade le invade le cellule adiacenticellule adiacenti provocandone l’atrofia.–– Rosso CongoRosso Congo:

• Luce normale: colore rosso o rosa• Luce polarizzata: birifrangenza verde

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Sezione di fegato colorata con Rosso Congo (notare depositi di amiloide nella parete dei vasi sanguigni e nei sinusoidi

Birifrangenza giallo-vede al microscopio a luce polarizzata

Microscopia elettronica e cristallografia

• L’amiloide appare costituita largamente da fibrille non ramificate di lunghezza non costante e diametro di 7-10 nm

• Conformazione a β-foglietti incrociati (responsabile della colorazione tipica e birifrangenza con Rosso Congo)

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Tutte le proteine dellTutte le proteine dell’’amiloide hanno amiloide hanno strutture a foglietti strutture a foglietti ββ--pieghettatipieghettati

• Caratteristica reazione al rosso Congo• Ultrastruttura fibrillare• Insolubilità delle fibrille di amiloide nei

normali solventi fisiologici• Resistenza alla digestione proteolitica

Microscopia a Forza Atomica

PatogenesiPatogenesi• L’amiloidosi è causata da un anomalo

assemblaggio (folding) delle proteine, che sono depositate come fibrille nei tessuti extracellulari alterandone la funzione.

• Le proteine mal assemblate sono spesso instabili e si autoassociano, portando in ultimo alla formazione di oligomeri e fibrille che vengono depositate nei tessuti

• La variabilità delle condizioni associate con l’amiloidosi può essere dovuta a eccessiva produzione di proteine predisposte al folding

Le proteine che formano amiloidosi si Le proteine che formano amiloidosi si raggruppano in due gruppiraggruppano in due gruppi

1. Proteine normali che hanno intrinseca tendenza ad assemblarsi impropriamente, ad aggregarsi e formare fibrille, e a farlo quando sono prodotte in eccesso.

2. Proteine mutate che sono strutturalmente instabili e inclini a un folding difettoso con successiva aggregazione

Accumulo di proteine male assemblateAccumulo di proteine male assemblate

Cosa succede alle proteine male assemblateCosa succede alle proteine male assemblate

• Le proteine male assemblate sono normalmente degradate dentro le cellule nei proteosomi, o all’esterno della cellula dai macrofagi

Accumulo di proteine male assemblateAccumulo di proteine male assemblate

Cosa succede alle proteine male assemblateCosa succede alle proteine male assemblate

• Le proteine male assemblate sono normalmente degradate dentro le cellule nei proteosomi, o all’esterno della cellula dai macrofagi

• Nell’amiloidosi questo meccanismo fallisce e si verifica accumulo delle proteine male assemblate all’esterno delle cellule.

Accumulo di proteine male assemblateAccumulo di proteine male assemblate

Possibile patogenesiPossibile patogenesi

FIBRILLEFIBRILLENON SOLUBILINON SOLUBILI PROTEINA AAPROTEINA AAPROTEINA ALPROTEINA AL

PRODUZIONE DI QUANTITA’ ABNORMI DI PROTEINA

Precursore proteico:Precursore proteico:proteina non proteina non

correttamente ripiegatacorrettamente ripiegataProteina SAACatene leggere

Immunoglobuline

Stimolo Stimolo Non noto(cancerogeno?) Infiammazione cronica

Plasmacellule

Proliferazione monoclonale

linfociti B

Attivazione dei macrofagi

IL1 e IL6

Epatociti

Proteolisi limitata Proteolisi limitata

Possibile patogenesiPossibile patogenesi

FIBRILLEFIBRILLENON SOLUBILINON SOLUBILI

Precursore proteico:Precursore proteico:proteina non proteina non

correttamente ripiegatacorrettamente ripiegata

Stimolo Stimolo Mutazione

PROTEINA ATTR

Transtieritina

PRODUZIONE DI QUANTITA’ NORMALI DI PROTEINA MUTATA

Tre possibili classificazioni

1. Natura della proteina dell’amiloide2. Se l’amiloide è acquisita o ereditaria3. Distribuzione anatomica dei depositi di amiloide

1

2 3

Normal prion proteinPrP

Misfolded prionprotein (PrPsc)

Various prion diseases of the CNS

Prion diseases

Atrial natriuretic factorAANF-Isolated atrial amyloidosis

Islet amyloid peptideAIAPPType II diabetesIslet of Langerhans

CalcitoninA Cal-Medullary carcinoma of thyroid

Endocrine

APPAβAlzheimer diseaseSenile cerebral

Amloidosi Localizzata TransthyretinATTR-Systemic senile amyloidosis

TransthyretinATTR-Familial amyloidotic neuropathies(several types)

SAAAA-Familial Mediterranean fever

β2-microglobulinAβ2 mChronic renal failureHemodialysis-associatedamyloidosisHereditary amyloidosis

SAAAAChronic inflammatoryconditions

Reactive systemic amyloidosis(secondary amyloidosis)

Immunoglobulin light chains, chiefly λ type

ALMultiple myeloma and othermonoclonal B-cell proliferations

Immunocyte dyscrasias withamyloidosis (primaryamyloidosis)

Amiloidosi Sistemica

Precursore Proteico chimicamente

correlatoFibrille

proteiche Malattie associateClinicopathologic Category

Natura chimica dellNatura chimica dell’’amiloideamiloide

• 95% fibrille proteiche • 5% componente P glicoproteina il cui gene è sul

cromosoma 1. Fa parte della famiglia delle pentraxine (glicoproteine pentameriche, es. Proteina C reattiva)

• altre glicoproteine• 15 differenti forme di proteine dell’amiloide• 3 sono le più diffuse

Le forme proteiche piLe forme proteiche piùù diffusediffuse•• ALAL (catena leggera dell’amiloide) derivata da

plasmacellule, contiene catene leggere delle immunoglobuline:– Catene leggere λ di Ig complete– Frammenti NH2-terminali di catene leggere– Entrambe

• Le proteine fibrillari ALAL sono prodotte da cellule secernenti Immunoglobuline, e il loro deposito èassociato con alcune forme di proliferazione monoclonale di cellule B

Amiloide da catena monoclonale Amiloide da catena monoclonale leggera delle immunoglobuline (AL)leggera delle immunoglobuline (AL)

• Si tratta di una complicanza di una gammopatiamonoclonale (come nel mieloma).

• Le fibrille sono composte da frammenti di catene monoclonali leggere.

• Qualsiasi organo può essere colpito

Proteina ALProteina AL(catena leggera amiloide)(catena leggera amiloide)

AmiloidosiAmiloidosi associata a dialisi (Aassociata a dialisi (Aββ22M)M)

• Complicanza di una long-term emodialisi• β2-microglobulina, la catena leggera invariante

dell’MHC di classe I, è prodotta ad un rate di circa 200mg/giorno e filtrata nei glomeruli ed èesclusivamente catabolizzata nel tubulo renale prossimale.

• La sua concentrazione plasmatica aumenta con il danno renale e rimane molto alta anche durante la dialisi in quanto non adeguatamente eliminata

AmiloidosiAmiloidosi sistemica reattivasistemica reattiva

• Emerge come complicanza di infezioni croniche e malattie infiammatorie nelle quali c’è una overproduizione di proteina della fase acuta, Serum Amyloid A protein

•• AA (AA (amiloideamiloide--associataassociata, amiloide sistemica reattiva), amiloide sistemica reattiva):– Singola proteina di 8500 dalton non immunoglobulinica

sintetizzata dal fegato:• Deriva da precursore sierico di 12000 dalton SAA (serum amyloid-

associated, -26aa dall’estremità carbossiterminale) sintetizzato nel fegato e circolante associato a alla sottoclasse delle lipoproteine HDL3

• SAA aumenta (1000x) in corso di danno tissutale e/o di infiammazione.

• Segnali che ne stimolano la secrezione: IL-1, TNF-alfa e IL-6

– Presente nelle forme secondarie

Le forme proteiche piLe forme proteiche piùù diffuse diffuse

•• AAββ ((amiloideamiloide--associataassociata)):–Peptide di 4000 dalton derivata da una glicoproteina transmembrana detta proteina precursore dell’amiloide (APP) con funzione sconosciuta

–Riscontrata nelle lesioni cerebrali della malattia di Alzheimer:• Costituisce il nucleo centrale delle placche cerebrali • Depositata nelle pareti dei vasi sanguigni cerebrali

• ENCEFALOPATIE SPONGIFORMI:–Perdita neuronale–Aspetto spugnoso delle aree colpite del cervello dovuto a piccole cisti–Proliferazione reattiva di astrociti–Deposizione di amiloide nell’area colpita e nei vasi sanguigni circolanti

• Trasmissibilità all’interno della specie e attraverso specie differenti e la conversione delle proteine dell’ospite in amiloide.

• L’agente trasmissibile è una proteina ripiegata in maniera anomala codificata dal cromosoma 20.

• Questi agenti sono i prioni• Malattie da prioni sono a volte considerate casi di amiloidosi locale:

–le proteine prioniche male assemblate si aggregano nello spazio extracellulare nel sistema nervoso

–Malattia di Creutzfeld-Jacobs (sporadica, ereditaria o trasmissibile)–Encefalopatia spongiforme bovina (BSE)

Le forme proteiche piLe forme proteiche piùù diffusediffuse

AmiloidosiAmiloidosi sistemica senilesistemica senile

• La frequenza aumenta tra i 70 e i 90 anni.• Le fibrille sono composte da “normal wild-type”

transtiretina e i depositi sono localizzati a livello microvascolare

• Asintomatica ma…• Il massivo coinvolgimento cardiaco può

condurre a danno cardiaco

AmiloidosiAmiloidosi sistemica ereditariasistemica ereditaria

• Causata dal deposito di varianti proteiche in forma di fibrille amiloidi: transtiretina, cistatina C, gelsolina, apolipoproteina AI, lisozima, catena alfa del fibrinogeno.

• Queste malattie sono ereditate in un pattern autosomico dominante con penetranza variabile

•• AMILOIDOSI EREDITARIA SISTEMICAAMILOIDOSI EREDITARIA SISTEMICA• Rare: colpiscono 1:100000 individui in USA• Autosomiche dominanti (eccetto febbre famigliare

mediterranea)• Tre gruppi:

–Neuropatiche –Cardiopatiche–Nefropatiche

Le forme proteiche piLe forme proteiche piùù diffusediffuse

• Neuropatiche• Cardiopatiche

Le forme proteiche piLe forme proteiche piùù diffusediffuse

Il precursore proteico dell’amiloide è una forma anomala di una proteina plasmatica chiamata finora PREALBUMINA (solo perchémigra elettroforeticamente davanti all’albumina).

Oggi sappiamo che si tratta della TRANSTIRETINA che trasporta:

– circa il 25% della tiroxina plasmatica – il retinolo