Correlazione genotipo-fenotipo delle varianti PKLR con attività di piruvato chinasi, 2,3-difosfglicerato e adenosina trifosfato nei globuli rossi di persone affette da anemia falciforme

La polimerizzazione della desossi-falce-emoglobina (deossi-HbS), la causa principale dell'anemia falciforme (SCD) è influenzata da alcuni fattori, un fattore chiave è la concentrazione di 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) nel rosso cellule del sangue. Il 2,3-DPG è un effettore allosterico sul legame dell'ossigeno dell'emoglobina con una maggiore affinità di legame con l'emoglobina deossigenata che con l'emoglobina ossigenata, favorendo così la polimerizzazione della deossi-HbS. Inoltre, l'aumento della concentrazione di 2,3-DPG riduce il pH intracellulare nei globuli rossi, il che promuove ulteriormente la polimerizzazione dell'HbS.

Il 2,3-DPG è un substrato intermedio nella via glicolitica, l'unica fonte di produzione di ATP nei globuli rossi. La piruvato chinasi (PK) è un enzima chiave nella fase finale della glicolisi; PK converte il fosfoenolpiruvato (PEP) in piruvato, creando il 50% dell'adenosina trifosfato (ATP) totale dei globuli rossi che è essenziale per mantenere l'integrità della membrana dei globuli rossi. Infatti, il deficit di PK (PKD) causato da mutazioni nel gene PKLR che codifica per la PK eritrocitaria, porta all'anemia emolitica cronica. La ridotta attività PK porta all'accumulo dei substrati enzimatici a monte, incluso il 2,3-DPG. Mentre l'aumento della concentrazione di 2,3-DPG e la riduzione dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno sono utili nell'anemia causata da PKD, l'aumento dei livelli di 2,3-DPG combinato con la diminuzione del pH intracellulare dei globuli rossi può essere dannoso in presenza di HbS, in quanto favorisce la desossi- Polimerizzazione dell'HbS, e quindi falcizzazione intravascolare. In effetti, la combinazione di deficit di PK e tratto falciforme che causa una sindrome falciforme acuta è stata precedentemente segnalata in due casi.

Le mutazioni di PKLR, tuttavia, sono rare ma i livelli dell'enzima PK intraeritrocitico formano uno spettro che suggerisce che PKLR è probabilmente un gene di tratto quantitativo. Una diversità genetica in PKLR con una gamma di SNP, comprese diverse varianti con perdita di funzione, è stata descritta nelle popolazioni endemiche della malaria, alcune delle quali sono state associate a una significativa riduzione degli attacchi con la malaria da Plasmodium falciparum. Queste osservazioni suggeriscono che, analogamente all'HbS, la malaria ha portato alla selezione positiva delle varianti PKLR nelle stesse regioni geografiche.

Questo studio cerca di determinare la diversità genetica di PKLR nella nostra coorte di cellule falciformi e se le varianti PKLR modificano i livelli di PK e le attività di 2,3-DPG e ATP, attori chiave nella patologia falciforme. In tal caso, PKLR potrebbe essere un altro determinante genetico della gravità e del fenotipo della SCD; e l'aumento dell'attività PK-R, che porta a una diminuzione della concentrazione intracellulare di 2,3-DPG, rappresenta un attraente bersaglio terapeutico per la SCD.

Sono stati presi in considerazione diversi approcci per mirare alla polimerizzazione del deossi-HbS, la causa principale della SCD. Oltre agli agenti che inducono l'emoglobina fetale, altri agenti che mirano alla polimerizzazione dell'HbS attraverso l'aumento dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno (ad es. GBT440), sono in sperimentazione clinica (NCT03036813; NCT02850406). I risultati di questo studio potrebbero costituire la base per una sperimentazione clinica di AG348, un attivatore allosterico di PK che è già in studi clinici di fase 2/3 per il deficit di PK (NCT02476916), per il trattamento del dolore acuto da anemia falciforme.