Il Dott. Douglas Gould, Department of Ophthalmology and Anatomy, Institute for Human Genetics, School of Medicine, University of California, San Francisco, USA, ha aperto la sua presentazione intitolata “Establishing foundations for translational interventions” ringraziando l’Associazione per l’invito, per poi entrare subito nel cuore del suo intervento.

Durante la conferenza, il Dott. Gould ha esplorato il futuro dei trattamenti e delle potenziali cure per le condizioni legate al Collagene di tipo IV. Ha invitato tutti a immaginare dove vogliamo essere tra 20 anni e a tracciare un percorso chiaro per raggiungere questi obiettivi. La sua presentazione si è concentrata su tre domande fondamentali:

• Cos’è il Collagene di tipo IV e cosa fa?
• Chi sarà trattato?
• Come saranno trattati?

Queste domande hanno guidato la discussione, offrendo una visione chiara e strategica per il futuro della ricerca e delle applicazioni cliniche in questo campo.

Cos’è il Collagene di tipo IV e cosa fa?

Il Collagene di tipo IV è una delle tante proteine che fanno parte della grande famiglia del collagene, che conta ben 28 varianti diverse, presenti sia negli esseri umani che nei topi. Queste proteine sono praticamente ovunque, trovandosi in tutte le membrane basali degli animali. Tuttavia, le loro esatte funzioni sono ancora in gran parte sconosciute. Il Collagene di tipo IV ha una struttura a tripla elica, essenziale per il suo funzionamento, anche se non è ancora chiaro come svolga i suoi compiti. Nel 1990, Carl Tryggvason scoprì le prime mutazioni umane nel Collagene di tipo IV, specificamente nel gene COL4A5, collegato alla Sindrome di Alport, una malattia che colpisce principalmente i reni, sottolineando l’importanza del Collagene di tipo IV nella funzione renale.

Il Collagene IV Alfa-1 e Alfa-2 (COL4A1 e COL4A2) sono presenti in tutto il corpo e le loro funzioni non sono ancora del tutto comprese.

La produzione del collagene avviene nel reticolo endoplasmatico, da dove viene trasportato attraverso l’apparato di Golgi e poi secreto nella membrana basale, dove forma strutture flessibili. Queste strutture influenzano le cellule in modi che non sono ancora del tutto chiari: potrebbero avere molteplici funzioni, alcune ancora sconosciute. Anche se i ricercatori stanno iniziando a capire le conseguenze delle mutazioni o della carenza di collagene, il modo esatto in cui queste proteine svolgono le loro funzioni resta un mistero. Dunque, mentre è facile dire cosa sia il Collagene di tipo IV, capire cosa faccia davvero è molto più complesso e richiede ulteriori ricerche per poter sviluppare trattamenti basati sui suoi meccanismi di funzionamento.

Chi sarà trattato?

All’inizio del 2004, la ricerca scientifica ha vissuto un momento importante grazie a una scoperta in Italia. Un sabato, mentre era in laboratorio, il Dott. Gould lesse un articolo di Alberto Aguglia e Peter Heutink su una famiglia nel sud Italia dove tre generazioni avevano ereditato la porencefalia, una condizione rara. Poiché il Dott. Gould e il suo team studiavano da circa un anno le mutazioni nei topi legate a questa condizione, contattarono il Dott. Heutink, sospettando di conoscere il gene mutato in quella famiglia. La sequenza genetica confermò una mutazione in uno dei residui di glicina conservati. L’anno successivo, identificarono altre famiglie con porencefalia con mutazioni simili.

Capendo che la patologia non era limitata al cervello, esaminarono la vascolarizzazione retinica e scoprirono un modello anomalo dei vasi anche nell’occhio. Studiarono anche i reni, data la connessione con la sindrome di Alport, e attraverso la microscopia elettronica di un topo selvatico, notarono che la membrana basale glomerulare era più sottile, con variazioni focali di spessore, e presentava una significativa albuminuria.

Collaborando con la Dott.ssa Tournier Lasserve, inotre, il team del Dott. Gould studiò una famiglia con malattia cerebrovascolare multifocale, caratterizzata da emorragie ricorrenti, emorragie retiniche, tortuosità vascolare ed ematuria. Identificarono una mutazione in un residuo di glicina conservato nel dominio di formazione della tripla elica del collagene.

Un anno dopo, un articolo fondamentale della dott.ssa Plaisier e del dott Pierre Ronco confermò che si trattava di una malattia multisistemica.

Come saranno trattati?

Durante la sua presentazione, il Dott. Gould ha esaminato le possibili modalità di trattamento per le condizioni legate al Collagene di Tipo IV. Riprendendo i fenotipi discussi dalla Dott.ssa Tournier Lasserve, causati da mutazioni missenso della glicina, ha sottolineato come questi non rappresentassero l’intero quadro clinico. Gould, inoltre, ha menzionato ulteriori fenotipi osservati nei topi che non sono stati documentati negli esseri umani, come problemi nello sviluppo scheletrico. Ha evidenziato anche la disfunzione cerebrovascolare legata all’età nei topi mutanti, che esibiscono una funzione normale a tre mesi, che peggiorano a dodici mesi, riportando anche una diminuzione del tono miogenico e un accoppiamento neurovascolare compromesso. Questi risultati suggeriscono che non tutti i fenotipi sono congeniti, ma possono svilupparsi nel tempo.

Il Dott. Gould ha discusso, inoltre, anche degli studi di associazione su scala genomica sulle malattie dei piccoli vasi cerebrali, evidenziando la forte associazione del Collagene IV Alfa-2 con queste condizioni. Ha spiegato che, sebbene gli studi si concentrino su varianti comuni, la rilevanza del Collagene IV Alfa-2 suggerisce un ruolo più ampio al di là delle rare mutazioni. Ha citato ricerche che indicano un possibile legame tra i livelli di collagene e la salute cerebrovascolare, e studi su modelli murini con mutazioni in elementi di legame conservati che mostrano segni di malattia cerebrovascolare. Gould, infine, ha sottolineato l’importanza di approfondire ulteriormente le funzioni biologiche del collagene, specialmente riguardo alle mutazioni nelle regioni non codificanti, per comprendere meglio la patogenesi delle malattie correlate.

Capire i fattori che contribuiscono alla variabilità dell’espressione della malattia è cruciale per sviluppare trattamenti efficaci. Fattori ambientali, come l’esercizio fisico ma anche l’uso di alcuni farmaci, come gli anticoagulanti, possono influenzare la gravità della malattia. Ad esempio, studi sui topi hanno mostrato come i metodi usati per il parto e l’attività fisica possano influenzare l’ematoma intracerebrale. Anche i fattori genetici, come il mosaicismo genetico e i modificatori genetici, giocano un ruolo significativo, con il momento di insorgenza e l’estensione delle mutazioni che influenzano la gravità della malattia. Inoltre, il background genetico può influenzare l’espressione della malattia, come dimostrato da esperimenti in cui differenti background genetici hanno migliorato o peggiorato i fenotipi nei topi con la stessa mutazione.

La ricerca del Dott. Gould si concentra anche sull’espressività variabile di diversi alleli. Studiando una serie di topi mutanti con diverse mutazioni, hanno scoperto che la posizione della mutazione all’interno del gene influisce sull’accumulo intracellulare della proteina e sulla gravità della malattia. Promuovere la secrezione di eterotrimeri di Collagene IV potrebbe essere una strategia terapeutica potenziale. Hanno testato questa ipotesi usando uno chaperone chimico (cioè un trasportatore chimico), l’acido 4-fenilbutirrico (4-PBA), che favorisce la piegatura e la secrezione delle proteine promuovendo la sua escrezione. Il trattamento con 4-PBA, infatti, ha migliorato la secrezione di collagene nei topi mutanti, riducendo l’accumulo intracellulare e migliorando gli esiti dell’ematoma cerebrale. Tuttavia, questo approccio potrebbe non essere efficace per tutti i tessuti, come dimostrato da un caso in cui una mutazione ha causato grave miopatia scheletrica nonostante la secrezione migliorata e un ematoma cerebrale lieve.

In sintesi, il Collagene IV Alfa-1 e Alfa-2 sono proteine cruciali per l’integrità strutturale di vari tessuti, ma le loro funzioni precise sono ancora in gran parte sconosciute. Le mutazioni in queste proteine causano un disturbo multisistemico con una vasta gamma di fenotipi. I fattori ambientali e genetici influenzano significativamente la gravità della malattia e comprendere questi fattori è essenziale per sviluppare trattamenti efficaci. Promuovere la secrezione di proteine di collagene IV mutanti con chaperoni chimici mostra promesse come strategia terapeutica, anche se con effetti variabili su diversi tessuti. Il futuro del trattamento per le condizioni correlate al collagene di tipo IV richiederà una comprensione completa delle funzioni di queste proteine e dei fattori che influenzano la variabilità della malattia.