Neurodégénérescence avec accumulation de fer dans le cerveau Auteur : Professeur Jean-Paul Harpey1

Date de création : avril 1998 Mises à jour : septembre 2001 septembre 2002 mars 2003 juillet 2003

Editeur scientifique : Professeur Alexis Brice 1dernière adresse d'activité : Unité de génétique clinique, Pavillon de l'enfant et de l'adolescent, Groupe hospitalier Pitié Salpêtrière, 47-83 Boulevard de l'Hôpital, 75651 PARIS CEDEX 13.

Résumé Mots-clés Nom de la maladie et synonymes Définition et critères diagnostiques Diagnostic différentiel Incidence Description clinique Prise en charge et traitement Etiologie Diagnostic biologique Génétique Diagnostic prénatal Commentaires Références

Résumé Cette maladie rare, à hérédité autosomique récessive, se manifeste avant l'âge de 10 ans par une dystonie des membres inférieurs qui va s'étendre et s'intensifier, s'associer à une spasticité, et à des mouvements choréo-athétosiques des membres supérieurs. La dysarthrie est sévère. L'atteinte intellectuelle, progressive, est longtemps modérée. La rétinite pigmentaire est fréquente. L'évolution, à terme fatale, se fait vers une aggravation de la dystonie et de la spasticité qui s'étendent aux muscles céphaliques. Le traitement n'est que symptomatique. Cette affection est vraisemblablement liée à un trouble du métabolisme du fer au niveau du globus pallidus et de la substantia nigra qui entraîne un déficit en dopamine. La confirmation diagnostique avant l'utilisation de l'IRM était uniquement anatomique : couleur rouille du globus pallidus et de la substantia nigra, apparaissant en bleu avec la coloration de Perls. A l'IRM, cette surcharge se traduit par un hyposignal T2 bilatéral du globus pallidus, associé à un hypersignal T2 de son segment interne (aspect en oeil de tigre ). Le gène de la maladie vient d'être identifié, il s'agit de celui qui code pour la pantothénate kinase 2, enzyme qui intervient dans le métabolisme de la vitamine B5. Le gène (PKAN2 ) est localisé en 20p13. Cette découverte permet d'envisager de nouvelles pistes thérapeutiques tels qu'un traitement par le 4-phosphopantothénate ou le coenzyme A ( même s'il n'est pas certain que le premier puisse traverser les membranes cellulaires neuronales). Le dexpanthénol, aisément disponible est déjà en cours d'essai. Une supplémentation en acides gras polyinsaturés à longue chaîne (acide docosahexaenoïque par exemple) pourrait être utile. Le diagnostic est désormais fondé sur la mise en évidence de mutations dans le gène (PKAN2). Un diagnostic prénatal fiable à 100% est possible dans les familles concernées, par la mise en évidence des mutations sur les villosités choriales.

Harpey J-P. Neurodégénérescence avec accumulation de fer dans le cerveau. Encyclopédie Orphanet. Juillet 2003 http://www.orpha.net/data/patho/FR/fr-PKAN.pdf 1

Mots-clés Hallervorden-Spatz, œil de tigre, dystonie spasticité, PKAN2

Nom de la maladie et synonymes Neurodégénérescence avec accumulation de fer dans le cerveau Hallervorden-Spatz, syndrome de (HSS) Dystrophie neuro-axonale tardive Neurodegeneration with Brain Iron Accumulation 1 (NBIA 1) Pantothenate Kinase-Associated Neurodegeneration (PKAN)

Définition et critères diagnostiques Cette rare maladie neurodégénérative porte le nom des deux auteurs qui l’ont décrite chez 5 soeurs en 1922. C’est un syndrome anatomo-clinique à hérédité autosomique récessive, se manifestant essentiellement par une dystonie et une spasticité. Il est lié à une surcharge ferrique localisée au globus pallidus et à la partie réticulée de la substantia nigra. La confirmation diagnostique avant l’ère de l’IRM était uniquement anatomique : couleur rouille du globus pallidus et de la substantia nigra, apparaissant en bleu avec la coloration de Perls, Schaffert et al. (1989), associée à la présence de corps sphéroides (développés aux dépens des axones) dont la distribution déborde largement ces noyaux, mais reste localisée au cerveau. A l’IRM, cette surcharge ferrique se traduit par un hyposignal T2 bilatéral du globus pallidus, associé à un hypersignal T2 du segment interne de ce noyau (traduisant une nécrose tissulaire associée à un œdème), réalisant l’aspect caractéristique « en oeil de tigre »,(Angelini et al. 1992). Cette image semble pathognomonique, car nous le verrons plus loin, elle n’est observée que chez les patients ayant une mutation dans le gène de la maladie, elle permet d’établir le diagnostic in vivo, et même parfois de façon présymptomatique, dans la fratrie d’un sujet atteint (Hayflick et al., 2001)

Diagnostic différentiel D’autres maladies peuvent donner une image semblable ou voisine à l’IRM et des troubles dystoniques: le déficit en apocéruléoplasmine, (Miyajima et al., 1987) qui entraîne à l’âge adulte une surcharge ferrique des noyaux gris centraux et une hémosidérose viscérale (la céruléoplasmine est une ferroxydase), le déficit en guanidinoacétate méthyltransférase (créatininémie effondrée), (Stöckler et al., 1996), le syndrome de Pettigrew, très proche du HSS, mais associé à une atrophie du cervelet.

Quelques cas d’acidurie méthylmalonique, d’acidurie glutarique type I, de défauts de la chaîne respiratoire ont été associés à des hypodensités bilatérales du globus pallidus. Il faut aussi éliminer une céroïde-lipofuschinose, une forme juvénile rigide de chorée de Huntington, une atrophie du noyau caudé, les formes dystoniques de gangliosidoses à GM1 et à GM2, et chez tout enfant dystonique de plus de 10 ans, une maladie de Wilson.

Incidence La fréquence de cette affection, qui atteint les deux sexes de façon égale, n’est pas connue. Elle est estimée à 1/106. Il semble n’y avoir que moins d’une centaine le nombre de cas publiés.

Description clinique Les critères diagnostiques, établis par Elizabeth Dooling et al. (1974), sont toujours valables. Le début survient le plus souvent avant 10 ans (60%), les premiers symptômes sont des anomalies de posture ou de mouvements qui gênent la marche, traduisant la dystonie (88%), signe majeur de la maladie. Cette dystonie va s’étendre et s’intensifier, entraînant une importante rigidité, avec varo-équinisme, pieds creux, marche sur la pointe des pieds, et des accès de rétro- et de latéropulsion. Les attitudes dystoniques des membres supérieurs sont associées dans la moitié des cas à des mouvements choréo-athétosiques, et à un tremblement. Un syndrome pyramidal est présent dans 70% des cas, ajoutant une spasticité à la dystonie. Cette association très caractéristique de la maladie, entraîne une démarche très particulière dite de gallinacé. Des paroxysmes de ces deux symptômes sont souvent déclenchés par une tentative de mouvement volontaire. Une ataxie transitoire peut survenir au début de la maladie. La dysarthrie est sévère et constante, parole dystonique, scandée et rapidement incompréhensible. L’atteinte intellectuelle est en règle progressive et souvent longtemps modérée, cependant 21% des cas sont retardés depuis la naissance (formes à début anté-natal). Les convulsions sont rares, sauf en phase terminale. La rétinite pigmentaire est un important signe d’orientation qu’elle soit clinique (27%) ou dépistée par l’électrorétinogramme, les formes avec rétinite sont les plus sévères. Dans 10% des cas survient une atrophie optique. L’évolution se fait vers une aggravation de la dystonie et de la spasticité qui des membres et

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du tronc (accès d’opisthotonos, blocage respiratoire), s’étendent aux muscles céphaliques, avec visage grimaçant ou figé selon les moments, troubles de la mastication et de la déglutition (ces derniers peuvent être précoces), et parfois aux muscles laryngés. Cette dystonie/spasticité est très douloureuse. La mort survient en moyenne après 11 ans d’évolution, dans un état cachectique, précipitée par une fausse-route, un laryngospasme ou un état de mal convulsif.

Prise en charge et traitement Le traitement symptomatique vise à réduire la dystonie (lévodopa/carbidopa, bromocriptine, tiapride, acide valproïque, caféine (Coca-Cola), atropiniques, propanolol), et la douleur. La déféroxamine est inefficace. La physiothérapie est à conseiller. Des perspectives thérapeutiques viennent de s’ouvrir (voir ci-dessous).

Etiologie La découverte récente du gène de la maladie permet de comprendre bien des aspects de cette pathologie. Il s’agit du gène de la pantothénate kinase 2 (PKAN2), (Zhou et al., 2001). Cette affection représente la première erreur innée du métabolisme du pantothénate (vitamine B5). La PKAN2, enzyme mitochondriale (Hörtnagel et al., 2003), transforme le pantothénate en 4-phosphopantothénate sur la voie de la synthèse du Coenzyme A. Coenzyme A qui joue un rôle majeur dans plusieurs voies métaboliques, en particulier dans la b-oxydation des acides gras, le cycle de Krebs, la synthèse des acides gras à chaîne longue et donc des lipides complexes tels que les phospholipides. L’acétyl-coenzyme A est le donneur d’acétyl aux histone-acétyl transférases auxquelles il s’associe tout en les stabilisant. Une sous-unité du complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale est constituée de phosphopantéthéine, un dérivé cystéinique du 4-phosphopantothénate. Les mutations dans le gène de la PKAN2 entraînent, entre autres, un défaut de synthèse du Coenzyme A et des lipides complexes des membranes cellulaires, de la myéline et des bâtonnets rétiniens. De plus, le déficit en PKAN2 entraîne une accumulation de cystéine et de dérivés cystéiniques non phosphorylés de l’acide pantothénique (N-pantothénoylcystéine et pantéthéine) dans le globus pallidus et la substantia nigra. En 1985, Perry avait déjà rapporté une accumulation de cystéine dans le globus pallidus d’un patient atteint de HSS.

La cystéine chélate de fer, et tous deux sont générateurs de radicaux libres oxygénés entraînant la mort neuronale par un phénomène de peroxydation lipidique, dont témoigne la présence de lipofuschine et de neuromélanine, Swaiman (1991). Il en résulte une déplétion du système dopaminergique. De ces nouvelles données on peut déduire, a priori, un traitement par le coenzyme A ou le 4-phosphopantothénate. Malheureusement ni le coenzyme A ni ses précurseurs phosphorylés ne peuvent franchir la membrane cellulaire (Daugherty et al., 2002). Les patients devraient conserver un certain degré d’activité résiduelle de la PKAN2, car chez la levure et la drosophile une invalidation complète du gène est létale. Donc l’acide pantothénique ou son dérivé alcoolique le dexpanthénol (Bépanthèneâ), qui doivent être phosphorylés par la PKAN2, pourraient être relativement efficaces. Cependant, un tel traitement, donné à trop forte dose, risquerait d’accroître le pool des dérivés sulfurés non phosphorylés du pantothénate (pantothénoylcystéine et pantéthéine), et d’aggraver la surcharge ferrique du globus pallidus et la génération de radicaux libres oxygénés. Une supplémentation en acides gras poly-insaturés à longue chaîne est justifiée [en particulier acide docosahexaènoïque (C22 :6ω3)]. De même qu’un traitement anti-oxydant à base de vitamine E, idébénone (à utiliser à faibles doses, inférieures ou égales à 5mg/kg), sélénium. L’acide valproïque, inhibiteur des histones acétyltranférases est logiquement indiqué, de plus il peut réduire la dystonie. L’obtention de souris dont le gène PKAN2 aura été invalidé sera très utile pour tester les possibilités thérapeutiques.

Diagnostic biologique Il n’y a pas de marqueur biologique connu, en dehors d’anomalies hématologiques inconstantes et non-spécifiques, telles que la présence d’histiocytes « bleu outre-mer » dans la moelle osseuse, et de lymphocytes circulants vacuolés contenant en microscopie électronique des inclusions granuleuses, lamellaires ou en tourbillon. Ces anomalies sont supposées traduire la présence de lipofuschine. Dans de très rares cas une acanthocytose des globules rouges a été observée. Dans le sérum et le liquide céphalo-rachidien, le fer est normal, de même que la ferritine, la transferrine, et la céruléoplasmine dans le plasma.

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Dorénavant, la confirmation du diagnostic sera fondée sur la mise en évidence de mutations dans le gène PKAN2.

Génétique Grâce à l’étude de familles consanguines, en utilisant la stratégie de cartographie par homozygotie, le gène de la maladie a été localisé au chromosome 20p13, Taylor et al. (1996). Ce gène vient donc d’être identifié, des mutations ponctuelles, délétions, duplications ont été mises en évidence chez les patients, (Zhou et al., 2001) Des mutations dans ce gène ont aussi été mises en évidence dans les formes atypiques aux phénotypes variés: début tardif, dystonie intermittente sévère, syndrome de Parkinson à début précoce, bégaiement et palilalie, dans ces formes toujours associées à une surcharge ferrique du globus pallidus, la rétinite pigmentaire semble plus inconstante. Chez un patient n’ayant pas de surcharge ferrique du globus pallidus, mais une rétinite pigmentaire et une dystonie à début tardif, une mutation à l’état homozygote a été mise en évidence, (Zhou et al., 2001). Ce qui semble élargir le cadre classique de ce syndrome. Tous les patients qu’ils soient porteurs d’un syndrome typique et atypique, et qui ont à l’IRM une image en oeil de tigre du globus pallidus, ont une ou des mutations dans le gène PKAN2. 2/3 des formes atypiques, ont une hypodensité simple du globus pallidus, sans l’hyperdensité centrale du globe pallidus et n’ont pas de mutation dans le gène PKAN2 (Hayflick et al., 2003). Pour le moment, ces derniers sont classés comme NBIA1 (Neurodegeneration with Brain Iron Accumulaion 1). Enfin, tout récemment, il a été démontré que le syndrome HARP (Hypopré-b- lipoprotéinémie, Acanthocytose, Rétinite pigmentaire, dégénérescence Pallidale) (Higgins et al., 1992), dont la symptomatologie est proche de celle de la PKAN (avec une dyskinésie bucco-faciale prédominante) était dû à des mutations dans le gène de la PKAN2 (Ching et al., 2002).

Diagnostic prénatal Le risque de récurrence est de 25%. Un diagnostic prénatal fiable à 100%, sur villosités choriales, peut maintenant être offert aux familles dont un enfant atteint est porteur d’une mutation à l’état homozygote, ou d’une double mutation (hétérozygote composite).

Commentaires Il existe deux maladies connues sous le nom de dystrophie neuroaxonale, la maladie

d’Hallervorden-Spatz, et la maladie de Seitelberger (dystrophie neuroaxonale infantile). Dans ces deux maladies, les anomalies axonales se ressemblent, mais dans la seconde les corps sphéroïdes sont disséminés dans le cerveau, la moelle épinière, et les nerfs périphériques (diagnostic possible sur biopsie de peau), il existe une atrophie du cervelet qui ne se voit pas dans le HSS, l’âge de début est plus précoce et la clinique est différente. Cette terminologie ne peut qu’engendrer des confusions. Ce syndrome n’est pas lié à 20p13 (S Hayflick, communication personnelle, janvier 2003). Si Julius Hallervorden et Hugo Spatz étaient semble-t-il des médecins estimables en 1922, leur comportement de médecins nazis, surtout en ce qui concerne le premier, a conduit de nombreux scientifiques à proposer de supprimer l’éponyme Hallervorden-Spatz. Avec la connaissance du gène et de la biochimie de cette maladie, les auteurs proposent un nouveau terme: Pantothenate Kinase-Associated Neurodegeneration (PKAN), (Zhou et al., 2001).

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