Adrenoleucodistrofia (ALD)

Dott.ssa Valeria Isella

Ricercatore di Malattie del Sistema Nervoso

Dipartimento di Medicina e Chirurgia, Università

di Milano Bicocca

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Lorenzo Odone con il padre

Augusto, Maggio 2008 (3 gg prima

del decesso, all’età di 30 aa)

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Patologia rara

• Prevalenza= 1 : 17.000 maschi

• 60.000 abitanti di sesso M � tre casi

Diabete mellito=

5 : 100 maschi

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Trasmissione genetica

Da madre portatrice:

50% FIGLIE PORTATRICI

50% FIGLI MASCHI AFFETTI

Da padre affetto:

50% FIGLIE PORTATRICI

FIGLI MASCHI SANI

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

ADRENO - LEUCO

LEUCO’DISTROFIA’: demielinizzazione

RAPIDA CONDUZIONE

DEGLI IMPULSI

Ghiandole surrenali

• Corteccia (85%):

– Aldosterone

– Cortisolo

– Cortisone

– Ormoni androgeni

• Midollare:

– Catecolamine (adrenalina,

noradrenalina)

Ormoni surrenalici

• Aldosterone:

– Mantenimento dell’equilibrio del Na e del K

– Mantenimento del volume dei liquidi extracellulari

• Cortisolo:

– Controllo della glicemia

– Regolazione del metabolismo di glucidi e proteine

– Adattamento allo stress

– Modulazione delle risposte a danni e infezioni

– Mantenimento del tono cardiovascolare (PA)

• Catecolamine: controllo pressorio, vasodilatazione-

vasocostrizione, metabolismo, vigilanza

• Androgeni: mantenimento dei caratteri sessuali secondari

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Acidi grassi

• Struttura generica: (acido laurico)

• Componenti dei lipidi

• Introdotti con la dieta e/o sintetizzati dall’organismo

• i

TESTA – gruppo carbossilicoCODA – catena idrocarburica

1. Da 4 a 30 (catena corta, media, lunga, molto lunga: > 22)

2. Con legami singoli (grassi saturi) o doppi (grassi insaturi)

Acidi grassi

• Struttura generica: (acido laurico)

• Componenti dei lipidi

• Introdotti con la dieta e/o sintetizzati dall’organismo

• Componenti strutturali (membrane)

• Fonti di energia

TESTA – gruppo carbossilicoCODA – catena idrocarburica

1. Da 4 a 30 (catena corta, media, lunga, molto lunga: > 22)

2. Con legami singoli (grassi saturi) o doppi (grassi insaturi)

Degradazione degli acidi grassi

con produzione di Acetil-CoA

4 reazioni

Acido grasso + AcilCoA (acidi grassi attivati)

Acido grasso + AcilCoA

ACCORCIATO DI DUE ATOMI DI CARBONIO

1

2

3

4

� Ciclo di Krebs = coenzimi

� catena respiratoria = ATP

Degradazione degli acidi grassi

Degradazione degli acidi grassi

a catena molto lunga

beta-ossidazione

Acidi grassi

• Struttura generica: (acido laurico)

• Componenti dei lipidi

• Introdotti con la dieta e/o sintetizzati dall’organismo

• Componenti strutturali (membrane)

• Fonti di energia

TESTA – gruppo carbossilicoCODA – catena idrocarburica

1. Da 4 a 30 (catena corta, media, lunga, molto lunga: > 22)

2. Con legami singoli (grassi saturi) o doppi (grassi insaturi)

Ne sono molto ricchi gli oligodendrociti

e le cellule surrenaliche

• Accumulo di acidi grassi a catena molto lunga

– per un deficit di degradazione da disfunzione dei

perossisomi

• Accumulo di acidi grassi a catena molto lunga

– per un deficit di degradazione da disfunzione dei

perossisomi

• per assenza della proteina ALD che trasporta gli

acidi grassi attraverso la membrana del

perossisoma

• Accumulo di acidi grassi a catena molto lunga

– per un deficit di degradazione da disfunzione dei

perossisomi

• per assenza della proteina ALD che trasporta gli

acidi grassi attraverso la membrana del

perossisoma

– dovuta ad una mutazione genica (gene

ABCD1*, braccio lungo del cromosoma X)

*ATP-Binding Cassette, subfamily D, member 1

• Accumulo di acidi grassi a catena molto lunga

– per un deficit di degradazione da disfunzione dei

perossisomi

• per assenza della proteina ALD che trasporta gli

acidi grassi attraverso la membrana del

perossisoma

– dovuta ad una mutazione genica (gene

ABCD1 , braccio lungo del cromosoma X)

Conseguenze a livello surrenalico e del SNC?

Danno strutturale della guaina mielinica

(oligodendrociti):

• diretto:1. Disintegrazione della membrana cellulare

2. Alterazione dell’omeostasi del calcio

3. Apoptosi

4. Disfunzione mitocondriale

• mediato da reazione infiammatoria*=

accelerazione dei sintomi

� rallentamento della conduzione degli impulsi

� deficit neurologici

*Spesso indotta da eventi esterni es. traumi cranici

A livello delle cellule surrenaliche:

• danno strutturale per disintegrazione delle

membrane

• perdita di recettori dell’ACTH

� riduzione dell’attività secretrice

� insufficienza ormonale

Manifestazioni cliniche

• Tre forme:

1. Forma cerebrale infantile (35%, + severa)

2. Adrenomieloneuropatia (45%)*

3. Morbo di Addison puro (10%)

Mutazione dello stesso gene = diversi fenotipi (fattori epigenetici e ambientali)

� Possono ricorrere nella stessa famiglia

� Possibile il passaggio dall’Adrenomieloneuropatia alla forma cerebrale

*20-60% portatrici!

Forma cerebrale infantile

• Esordio tra i 4 e gli 8 aa con disturbo da iperattività

(ipercinesia, deficit attenzionali)

• Nei mesi successivi deficit cognitivi (apprendimento,

orientamento spaziale, programmazione,

ragionamento)

Forma cerebrale infantile

• Esordio tra i 4 e gli 8 aa con disturbo da iperattività

(ipercinesia, deficit attenzionali)

• Nei mesi successivi deficit cognitivi (apprendimento,

orientamento spaziale, programmazione,

ragionamento)

• Negli anni successivi:

– cecità e ‘sordità’

– paraplegia, emiparesi; incoordinazione motoria

• Crisi epilettiche (anche precoci)

Forma cerebrale infantile

• Esordio tra i 4 e gli 8 aa con disturbo da iperattività

(ipercinesia, deficit attenzionali)

• Nei mesi successivi deficit cognitivi (apprendimento,

orientamento spaziale, programmazione,

ragionamento)

• Negli anni successivi:

– cecità e ‘sordità’

– paraplegia, emiparesi; incoordinazione motoria

• Crisi epilettiche (anche precoci)

Forma cerebrale infantile

• Attività cerebrale minima entro due-cinque

anni, con perdita di tutte le capacità cognitive,

sensoriali e motorie, fino allo stato vegetativo

• Decesso per complicanze intercorrenti entro

10 aa

Forma cerebrale infantile

• Attività cerebrale minima entro due-cinque

anni, con perdita di tutte le capacità cognitive,

sensoriali e motorie, fino allo stato vegetativo

• Decesso per complicanze intercorrenti entro

10 aa

Si associano sintomi da

insufficienza surrenalica

e testicolare

Risonanza Magnetica cerebrale

Sostanza bianca

parieto-occipitale

Splenio del corpo calloso

Sostanza bianca

parieto-occipitale

Demielinizzazione asimmetrica dei lobi frontali

Adrenomieloneuropatia

• Assonale

o Il trasportatore ALD è espresso in un

numero ridotto di neuroni

o Il danno è primariamente oligodendrocitico

(stress ossidativo)

o Gli oligodendrociti hanno una funzione di

sostegno della funzionalità assonale

Forma cerebrale infantile

• Mielinica

Adrenomieloneuropatia

• Giovani adulti (20-30 aa)

• Decorso lento

• Meno severa, porta

comunque a disabilità

Forma cerebrale infantile

• Esordio a 4-8 aa

• Rapidamente progressiva

• Severa fino allo stato

vegetativo

Adrenomieloneuropatia

• MIDOLLO SPINALE e nervi

periferici:

– Paresi (arti inferiori)

– Turbe sfinteriche e sessuali

– Disturbo delle sensibilità

superficiali e profonde ai

quattro arti

Forma cerebrale infantile

• Cerebrale:

– Deficit cognitivi e

comportamentali

– Disturbi sensoriali

– Epilessia

� Alopecia precoce

Adrenomieloneuropatia

• RM: Atrofia midollare

• EMG: neuropatia

Forma cerebrale infantile

• RM: aree cerebrali di

demielinizzazione

Spesso esordio

infantile (età scolare)

Ormoni surrenalici

• Aldosterone:

– Mantenimento dell’equilibrio del Na e del K

– Mantenimento del volume dei liquidi extracellulari

• Cortisolo:

– Controllo della glicemia

– Regolazione del metabolismo di glucidi e proteine

– Adattamento allo stress

– Modulazione delle risposte a danni e infezioni

– Mantenimento del tono cardiovascolare (PA)

• Catecolamine: controllo pressorio, vasodilatazione-

vasocostrizione, metabolismo, vigilanza

• Androgeni: mantenimento dei caratteri sessuali secondari

cortisolo, aldosterone

cortisolo (squilibrio elettrolitico,

ipoglicemia)

cortisolo (squilibrio

elettrolitico)

ACTH stimola

i melanociti

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Diagnosi

1. Dosaggio degli acidi grassi a catena molto

lunga nel sangue ( )

Indicato anche in assenza di storia famigliare in:

1. Paraparesi spastica progressiva in giovane uomo

2. MORBO DI ADDISON

Diagnosi

1. Dosaggio degli acidi grassi a catena molto

lunga nel sangue ( )

2. Risonanza Magnetica cerebrale e midollare

3. Indagine genetica per la ricerca della

mutazione (se incerto il risultato del dosaggio

plasmatico)

1910 Primi casi descritti

(insufficienza surrenalica, deficit neurologici)

1963

Inclusioni nelle cellule surrenaliche, composte da acidi grassi1973

Nono caso

TUTTI MASCHI � X-linked recessiva?

1986 L’olio di Lorenzo

1988 Trapianto di midollo

2006 Screening plasmatico

2007

2010

Terapia genica

Proteina ALD trasporta acidi grassi a catena molto lunga

all’interno dei perossisomi

Incremento di acidi grassi nella sostanza bianca cerebrale1971

Terapia

SINTOMATICA:

• Dieta ipolipidica + olio di Lorenzo

• Terapia ormonale sostitutiva

EZIOLOGICA:

• Trapianto di midollo

• Terapia genicaIN FASE PRECOCE O PRECLINICA!

Acido oleico (olio d’oliva)

Acido erucico (olio di colza)

Riduce la sintesi dell’acido grasso a catena molto lunga C26 (cerotico) COMPETENDO per gli enzimi cheALLUNGANO la catena idrocarburica

(elongasi)

NON PENETRA NEL SNC

Anni ’90‘Lorenzo’s oil does not alter progression of disease in men with adrenomyeloneuropathy’

2005

‘VLCFA were lowered by therapy and a relationship could be demonstrated in a reduction of risk of developing cerebral disease and the reduction of VLCFA. This study, however, has several limitations, for instance the absence of a placebo group, and offers no definitive evidence of the efficacy of Lorenzo’s oil’

Acido oleico (olio d’oliva)

Acido erucico (olio di colza)

Riduce la sintesi dell’acido grasso a catena molto lunga C26 (cerotico) COMPETENDO per gli enzimi cheALLUNGANO la catena idrocarburica

(elongasi)

NON PENETRA NEL SNC

“Despite the movie’s relatively happy ending, subsequent studies showed that Lorenzo’s oil, a mixture of unsaturated fatty acids that inhibit elongation of saturated fatty acids, was beneficial mostly to presymptomatic patients with only minor effects if administered after disease onset.”

J Biopharm Stat. 2016;26(6):1025-1039. Epub 2016 Aug 22.

A hierarchical Bayesian approach for combining pharmacokinetic/pharmacodynamic modeling and

Phase IIa trial design in orphan drugs: Treating adrenoleukodystrophy with Lorenzo's oil.

Basu C1, Ahmed MA2,3, Kartha RV4, Brundage RC2, Raymond GV5, Cloyd JC4, Carlin BP1.

Abstract

X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is a rare, progressive, and typically fatal neurodegenerative

disease. Lorenzo's oil (LO) is one of the few X-ALD treatments available, but little has been done to

establish its clinical efficacy or indications for its use. In this article, we analyze data on 116 male

asymptomatic pediatric patients who were administered LO. We offer a hierarchical Bayesian

statistical approach to understand LO pharmacokinetics (PK) and pharmacodynamics (PD) resulting

from an accumulation of very long-chain fatty acids. We experiment with individual- and

observational-level errors and various choices of prior distributions and deal with the limitation of

having just one observation per administration of the drug, as opposed to the more usual multiple

observations per administration. We link LO dose to the plasma erucic acid concentrations by PK

modeling, and then link this concentration to a biomarker (C26, a very long-chain fatty acid) by PD

modeling. Next, we design a Bayesian Phase IIa study to estimate precisely what improvements in the

biomarker can arise from various LO doses while simultaneously modeling a binary toxicity endpoint.

Our Bayesian adaptive algorithm emerges as reasonably robust and efficient while still retaining good

classical (frequentist) operating characteristics. Future work looks toward using the results of this

trial to design a Phase III study linking LO dose to actual improvements in health status, as measured

by the appearance of brain lesions observed via magnetic resonance imaging.

Terapia genica: somministrazione del gene sano

• Miglioramento

neurologico

• Rallentamento

della

progressione

Cellule staminali

ematiche estratte dal

paziente, inoculate con

il virus e reiniettate

� producono ADL

Gene sano inserito

in HIV inattivato

Trapianto midollo: somministrazione del gene sano

• Miglioramento

neurologico

• Rallentamento

della

progressione

Cellule staminali

ematiche da donatore

compatibile, iniettate

nel paziente

� producono ADL

Gene sano inserito

in HIV inattivato

‘Prevenzione’

1. Counselling genetico per le donne

portatrici

2. Diagnosi prenatale con amniocentesi

(in madri portatrici e su feti di sesso

maschile)