Con lunghe ricerche, finanziate dalla MDA, Salvatore DiMauro, professore di neurologia alla Columbia University di New York, ha dedicato la sua carriera alla decifrazione dei segreti di come i muscoli fanno ed usano l'energia -- e come essi talvolta non funzionino a causa di malattie conosciute come miopatie metaboliche e mitocondriali. La MDA copre 11 di queste malattie nei suoi programmi.

Molta dell'energia per la contrazione dei muscoli proviene da strutture cellulari conosciute come mitocondri, dove ha luogo il processo conosciuto come metabolismo ossidativo --un processo richiedente-ossigeno usato dalla maggior parte delle nostre cellule per estrarre energia dalle molecole dei nutrienti.

di Salvatore DiMauro

La vita di un dottore e di uno scienziato clinico è influenzata sia dall'interesse unico per i pazienti, sia dai suoi mentori professionali (nel mio caso, Professor Massimiliano Aloisi in Italia e Lewis P Rowland negli Stati Uniti)  o dagli studenti più brillanti (troppi per essere listati qui). 

 Due dei miei pazienti rimangono nei miei ricordi, sia per i loro inusuali retroterra sia perché essi indirizzarono il mio interesse verso la biologia mitocondriale e le malattie mitocondriali. Io vidi loro insieme con il Dr. Rowland alla University of Pennsyivania, quando io ero un giovane ricercatore finanziato dalla MDA.  

Un paziente, Abraham, era un contadino Amish della Contea di Lancaster, Pa., le cui palpebre si stavano progressivamente abbassando negli ultimi anni, e che aveva riscontrato difficolta di equilibrio nella raccolta del fieno, un'operazione che aveva eseguito facilmente in tutta la sua vita. Ricordo la sua grande barba rotonda, il suo ampio cappello e come si slacciava le nappe della sua camicia blu per mostrarci l'inizio del deterioramento dei muscoli delle sue spalle una volta così forti.

Il secondo paziente, Nabilia, una donna giordana di 22 anni, era già qualcosa come una celebrità medica minore quando ci raggiunse a Penn, essendole stata diagnosticata  dalla American University di Beirut come seconda paziente la "sindrome di Luft". Questa condizione, descritta almeno dieci anni prima da due distinti scienziati svedesi, Rolf Luft, un endocrinologo, e Lars Ernster, un biochimico, fu allora l'unica malattia mitocondriale definita biochimicamente, una sorta di nave ammiraglia di un gruppo di malattie rare definite solo come disfunzioni mitocondriali.

 Ricordo Nabilia seduta contenta per ore nella fredda stanza del  Clinical Research Center, la sua camicia da notte madida di sudore nonostante il freddo, la sua faccia brillante come se avesse appena corso diverse miglia. Aveva la stessa condizione simile al metabolismo eccessivamente incontrollato precedentemente descritto da Luft nella sua giovane donna svedese. Entrambe le donne avevano la funzione tiroidea normale (essendo le anormalità della tiroide una causa di una attività metabolica eccessiva). Il loro problema risiedeva nei mitocondri dei loro muscoli scheletrici.

 Le biopsie muscolari sia di Abraham che di Nabilia mostrarono abbondanti "fibre rosse sfilacciate" quando vennero trattate con una speciale tecnica di colorazione. Come documentato da W. King Engel (che anche descrisse in modo descrittivo pittoresco), ciò che fa apparire queste fibre sia rosse che sfilacciate è una proliferazione massiccia dei mitocondri, una sorta di messaggio di SOS che dice "allarme rosso: scarsità di energia critica; necessitano più mitocondri". In questo senso, fibre rosse sfilacciate (o RRT, nel nostro dilagante linguaggio medico per acronimi) sono un segnale rivelatore di malattia mitocondriale.

LA CONQUISTA

Avendo pertanto appurato che i nostri due pazienti avevano citopatie mitocondriali, ricordo di aver chiesto al dott. Rowland, "Come può essere che a Penn, che è uno dei migliori centri mitocondriali al mondo, pazienti come questi non siano studiati in modo più approfondito?" Alla quale il dott. Rowland rispose, nel suo tipico modo pragmatico, "Giusto, perché non lo fai tu?" 

Questa fu la mia iniziazione dentro la difficile arte dell'isolamento di mitocondri intatti e funzionanti, dapprima dal muscolo di ratto, successivamente da biopsie umane. Mi ricordo ancora l'eccitazione nel constatare il cambiamento di curva del tracciato degli elettrodi ad ossigeno collegati ai miei primi mitocondri umani isolati decentemente.

Mi ritrovavo preso dai mitocondri, questi affascinanti organelli intracellulari ("organi" in miniatura), che iniziarono molti milioni di anni fa, come organismi simili a batteri, indipendenti e liberi di muoversi, e che presero dimora permanente in cellule nucleate come quelle che costituiscono tutti i tessuti umani. A queste cellule, che non erano in grado di utilizzare l'ossigeno per il metabolismo, i mitocondri portarono un dono, come il fuoco che Prometeo diede all'umanità nel mito greco: il metabolismo ossidativo.

Poiché essi iniziarono come organismi indipendenti, i mitocondri hanno il loro proprio DNA (mtDNA)", una piccola, molecola circolare che fu ignorata dagli scienziati clinici fino al 1988, quando vennero scoperte le prime mutazioni in questo tipo di DNA dalla defunta Anita Harding e dai suoi colleghi al Queen Square a Londra, e da Doug Wallace e dai suoi collaboratori alla Emory University di Atlanta.

A rendere tutto questo sempre più interessante, le regole secono le quali le mutazioni del DNA mitocondriale veniva trasmesso differivano dalle regole "classiche" delle genetiche mendelliane. Primo, il mtDNA (e la maggior parte delle mutazioni del mtDNA) sono trasmesse con una forma di ereditarietà in linea materna, perché solo le donne trasmettono il loro mtDNA alla prossima generazione; gli uomini no. Secondo, poiché in ogni cellula ci sono centinaia o migliaia di mitocondri (e mtDNA), la proporzione relativa di mtDNA mutato tresmesso dalla madre al figlio diventa un fattore importante nel determinare il tipo e la gravità della malattie associata con quella particolare mutazione.

Mentre la scoperta di più di 50 mutazioni pericolose del mtDNA negli ultimi 10 anni ha spalancato un nuovo capitolo della medicina (che, forse con un tocco di giustificabile orgoglio, il Professor Luft ha chiamato "medicina mitocondriale"), rimane ancora da fare una grande parte di lavoro. Se è importante ciò che il mtDNA ha provocato nella medicina umana, non dobbiamo dimenticare che esso codifica solo 13 delle molte centinaia di proteine che costituiscono i mitocondri. Il resto viene codificato dal DNA del nucleo cellulare. Ora, al confronto con il rapido progredire col quale abbiamo scoperto le mutazioni del mtDNA, le nostre conoscenze delle mutazioni nuscleari che colpiscono i mitocondri sono rimaste indietro. 

Questa è chiaramente una delle nuove aree calde della ricerca, resa perfino ancora più eccitante dalle recenti ed inaspettate scoperte che le ben conosciute e relativamenti comuni malattie neurologiche, come l'atassia di Friedreich, alcune forme di paraplegia spastica ereditaria e la malattia di Wilson, sono causate da mutazioni nelle proteine mitocondriali codificate dal nucleo.

TERAPIE ANCORA DA SVILUPPARE

Dunque, cosa accade ad Abraham ed a Nabilia? Abraham ritornò alla contea di Lancaster con una diagnosi di "miopatia mitocondriale" e nessuna terapia specifica (oggigiorno, egli riceverebbe una diagnosi molecolare, ma non ci sarebbe ancora nessuna terapia più specifica o più efficace). Nabilia ritornò nel suo villaggio in Giordania con un ventilatore a batteria, che io spero, rese il resto della sua breve vita meno miserabile.

Stiamo facendo qualcosa di meglio con le terapie oggi? Onestamente, non molto. L'intervallo tra la comprensione biochimica e molecolare di una malattia e lo sviluppo di una terapia razionale è, sfortunatamente, lungo. Ora, la conoscenza della causa di una malattia è l'indispensabile punto di partenza, e tutto quello che noi stiamo imparando sulle malattie mitocondriali indubbiamente ritornerà in termini di trattamento. E comunque almeno, oggi possiamo offrire solidi consulenze genetiche, non solo piccoli suggerimenti per le malattie che possono essere causate da difetti nelle due differenti dotazioni di geni.

Per alcune malattie mitocondriali, come la carenza primaria di carnitina o la carenza primaria di coenzima Q₁₀, si dispone di terapie efficaci con la sostituzione dei composti carenti. Sia la carnitina che coenzima Q₁₀ portano alcuni benefici non ben specificati in pazienti con altre malattie mitocondriali, specialmente nei difetti del processo biochimico conosciuto come catena respiratoria

Per le malattie causate da difetti nei geni nucleari e che colpiscono i mitocondri, ci sono, naturalmente, speranze per la terapia genica. La terapia genica, comunque, è più problematica quando ha a che fare con migliaia di geni mitocondriali (per ogni singola cellula ndt), una parte dei quali sono mutati mentre gli altri no. In questo caso, i tentativi sono indirizzati a portare il  bilancio in favore dei geni non mutati, con la pseranza che perfino un piccolo cambiamento nel rapporto possa dare benefici clinici consistenti. Il nostro gruppo, tra gli altri, è impegnato nello sforzo di sviluppare nuove strategie tarapeutiche, e la MDA supporta ancora il nostro lavoro, proprio come fece quando io per la prima volta fui conquistato dai mitocondri.

Salvatore DiMauro, M.D., laureato alla Università di Padova, con una specializzazione in neurologia nel 1967. Arrivò alla University of Pennsylvania nel 1968 ed iniziò ad usufruire dei finanziamenti alla ricerca della MDA nel 1969. DiMauro ha collaborato con la MDA come consulente scientifico ed ha scritto centinaia di articoli e libri sulle malattie muscolari. Dal 1991, è stato Lucy G. Moses Professor of Neurology alla Columbia University.