Malattia autosomica recessiva caratterizzata da diabete mellito tipo I, diabete insipido, atrofia ottica e segni neurologici quali sordita, atassia, neuropatia periferica (C. Scriver et al., The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease, Eighth Edition).

La sindrome di Wolfram, associazione ad eredita autosomica recessiva di diabete mellito ad insorgenza giovanile e atrofia ottica, fu descritta per la prima volta nel 1938 da Wolfram e Wagener. Nei pazienti furono identificate in seguito altre complicanze, da cui l'acronimo DIDMOAD (Diabete insipido, Diabete mellito, Atrofia ottica, Sordita) (Kinsley et al., 1995; Blasi et al., 1986). Si tratta di una malattia neurodegenerativa a decorso progressivo; molti soggetti sviluppano anche atonia del tratto urinario, atassia, neuropatia periferica, disturbi psichici. Studi post-mortem e di risonanza magnetica hanno identificato la presenza di atrofia del nervo ottico, del chiasma, e dei tratti, cosi come l'esistenza di un importante processo neurodegenerativo a carico dei nuclei genicolati laterali, della base del ponte e dei nuclei ipotalamici paraventricolari e sopraottici [Scolding et al., 1996; Shannon et al., 1999]. E stata riscontrata distrofia assonale con rigonfiamento degli assoni a livello delle vie pontocerebellari, delle radiazioni ottiche, dei fornici dell'ippocampo e della sostanza bianca cerebrale profonda. La presenza di un processo di degenerazione cerebrale cosi diffuso spiega la complessita della sintomatologia clinica e la progressione di malattia che si osserva in questi pazienti. Essi sono affetti da diabete insulino-dipendente simile al tipo I ad insorgenza durante l'infanzia, anche se non c'e alcuna prova di associazione con HLA o evidenza di una risposta autoimmune alla base della distruzione delle beta-cellule pancreatiche in questi pazienti [Barrett et al., 1995; Hemandes,Mijares et al., 1999]. Le complicanze microvascolari sono rare e si sviluppano piu lentamente che nei diabetici tipo I [Kinsley et al., 1995]. Un'altra differenza importante fra i pazienti con diabete tipo I e quelli con sindrome di Wolfram e il processo patologico che sta alla base della perdita della capacita visiva. I pazienti con sindrome di Wolfram sviluppano atrofia ottica progressiva del nervo ottico, come osservato alla risonanza magnetica, processo patologico piuttosto diverso dalla retinopatia diabetica microvascolare [Mtanda et al., 1986].
Nei pazienti con sindrome di Wolfram si pensa che il diabete insipido sia dovuto ad un' alterata processazione del precursore della vasopressina [Gabreels et al., 1998] e/o a degenerazione dei nuclei sopraottici e paraventricolari [Scolding et al., 1996].
(Khanim et al.WFS1/Wolframin mutations, Wolfram syndrome, and associated diseases. HUM. MUTAT. 17: 357-367, 2001)


Il deficit uditivo generalmente non e congenito ed e di gravita variabile. Puo essere moderato, bilaterale o unilaterale e di solito progredisce lentamente. Aboseif et al., (1993) ha descritto le manifestazioni a carico dell'apparato urinario; esse comprendono vescica neurologica con conseguente idrouretere e idronefrosi.
(R.M. Winter, M. Baraitser, London Dysmorphology Database, Oxford Medical Databases, 2000).

Borgna-Pignatti e coll. hanno descritto due casi di bambini con la sindrome che avevano sviluppato anemia sideroblastica e megaloblastica, neutropenia e trombocitopenia border-line (Borgna-Pignatti et al. Thiamine-responsive anemia in DIDMOAD syndrome. J PEDIATR 1989 Mar;114(3):405-10)

Da uno studio condotto su 45 pazienti e emerso che l'eta media di insorgenza di diabete mellito e 6-8 anni e l'eta media di insorgenza di atrofia ottica e 11 anni [Barrett et al., 1995]. Il diabete insipido e la sordita neurosensoriale spesso si manifestano nella seconda decade, le anomalie delle vie urinarie e le complicanze neurologiche durante la terza e la quarta decade rispettivamente. In uno studio condotto in Inghilterra l'eta media di morte e risultata essere di 30 anni, range 25-49 (Barrett TG, Bundey SE, Macleod AF. Neurodegeneration and diabetes: UK nationwide study of Wolfram (DIDMOAD) syndrome. Lancet 1995;346:1458-63). Gli studi di follow-up dimostrano che i pazienti, se vivono abbastanza, alla fine sviluppano tutti i segni della sindrome. I pazienti sopravvissuti fino alla terza e quarta decade generalmente morirono per insufficienza respiratoria dovuta ad atrofia del tronco cerebrale. La prevalenza della sindrome si stima sia circa 1/770000 in Gran Bretagna, con una frequenza di portatori di 1 su 354.
(Khanim et al.WFS1/Wolframin mutations, Wolfram syndrome, and associated diseases. HUM. MUTAT. 17: 357-367, 2001)

WFS1/Wolframina: il gene della sindrome di Wolfram

Un gene nucleare della sindrome di Wolfram fu identificato nel 1998 attraverso la mappatura genetica [WFS1: Inoue et al., 1998; Wolframin: Strom et al., 1998]. Il gene WSF1 mappa a livello di 4p16.3, contiene 8 esoni e si estende per 33.4 kb di DNA genomico. L'esone 1 e non-codificante, gli esoni da 2 a 7 sono esoni codificanti di piccole dimensioni, l'esone 8 si estende per 2.6 kb. Non sono state identificate significative omologie di sequenza con altri geni e quindi non e stato possibile stabilire il ruolo potenziale del prodotto del gene WSF1. Da studi condotti su famiglie, si e osservato che la modalita di trasmissione e di tipo autosomico recessivo. Al momento, il promotore del gene WSF1 non e stato ancora mappato. A livello del cromosoma 5 e stato mappato un omologo del gene WSF1 murino avente un'omologia di sequenza aminoacidica pari all'87% rispetto al gene umano [Strom et al., 1998]. Il gene umano WSF1 codifica un mRNA di 3.6 kb, espresso in quantita elevate nel cuore dell'adulto, nel cervello, nella placenta, nei polmoni e nel pancreas, cosi come risulta dall'analisi Northern Blot [Inoue et al., 1998]. Prodotti di trascrizione di WSF1 sono stati riscontrati anche a livello epatico, renale e di muscolo scheletrico, anche se in quantita minori [Inoue et al., 1998].
L'mRNA WSF1 codifica un polipeptide di 890 aminoacidi che si suppone abbia 9 domini probabilmente transmembrana, e un peso molecolare approssimativo di 100 KD. Non e stata ancora stabilita la possibile funzione della proteina, anche se si puo ipotizzare, sulla base dei dati clinico-patologici, che sia coinvolta nei meccanismi di sopravvivenza delle beta-cellule pancreatiche e dei neuroni [Gerbitz, 1999].


Un potenziale secondo locus genico WS

Uno studio condotto recentemente ha identificato un potenziale secondo locus genico, denominato WSF2, che mappa a livello di cromosoma 4q22,24, sulla base di studi di linkage condotti su 4 famiglie consanguinee giordane. Non e stato mappato nessun gene specifico, comunque questa regione contiene anche un locus con linkage con diabete mellito tipo 2 nei messicani americani [Duggirala et al., 1999], e un locus che contribuisce all'attivita insulinica negli indiani Pima e nei messicani americani [Prochazka et al., 1993; Mitchell et al., 1995].

Il genoma mitocondriale e la sindrome di Wolfram

Prima dell'identificazione di un gene nucleare, si pensava che le delezioni e/o le mutazioni mitocondriali fossero responsabili della sindrome di Wolfram. Questa ipotesi era basata sull'osservazione che la presentazione clinica della sindrome di Wolfram e simile a quella di altri difetti che hanno un interessamento mitocondriale e che comprendono sintomi quali sordita, atrofia ottica, diabete mellito, disturbi psichiatrici e trombocitopenia [Goto et al., 1990; van den Ouweland et al., 1992; Norby, 1993; Jackson et al., 1994; Poulton et al., 1995; Gerbitz, 1999]. Comunque questa ipotesi non venne supportata da dati derivanti da studi condotti su famiglie, i quali dimostrarono una ereditarieta di tipo recessivo. Per questo fu suggerito il modello del duplice difetto genomico nel tentativo di conciliare queste osservazioni tra loro contrastanti [Bu and Rotter, 1993 ]. Secondo questo modello mutazioni a livello di genoma nucleare e mitocondriale agiscono sia in associazione che indipendentemente nella determinazione del complesso aspetto fenotipico della sindrome.
Studi per ricercare ampie delezioni e/o mutazioni missense nel DNA mitocondriale (mtDNA) in famiglie con casi di sindrome di Wolfram sporadici hanno portato a risultati contraddittori per quanto riguarda il coinvolgimento del DNA mitocondriale nella patogenesi della malattia [Bundey et al., 1992; Rotig et al., 1993; Barrientos et al., 1996]. Hofmann et al. [1997] hanno identificato un 'aplotipo' mitocondriale distinto, prevalentemente associato agli 8 pazienti studiati. Comunque, uno studio piu ampio condotto su 40 pazienti da Barrett et al. [2000] per determinare sia quali potessero essere le mutazioni che la funzione del DNA mitocondriale, non ha confermato questa osservazione. La presentazione clinica della sindrome fa supporre che esista un deficit nell' 'approvvigionamento' di energia, anche se i dati a disposizione indicano che non dipende da mutazioni a livello di DNA mitocondriale. Un'ipotesi e che le funzioni mitocondriali siano compromesse a causa di mutazioni nel genoma nucleare o che tali mutazioni possano interagire in maniera negativa con il genoma mitocondriale [Barrientos et al., 1996].

Malattie associate

Molti gruppi di studio hanno evidenziato un'aumentata prevalenza, nei parenti di primo grado di pazienti con la sindrome, di patologie psichiatriche [Swift et al., 1998], diabete mellito [Fraser and Gunn, 1977], e in alcuni casi sordita [Ohata et al., 1998]. Tali dati hanno condotto a formulare l'ipotesi che l'eterozigosi per mutazioni nel gene WSF possa contribuire in maniera significativa allo sviluppo di queste patologie nella popolazione generale. E stato riportato che i portatori eterozigoti sono 26 volte piu a rischio di ospedalizzazione per patologie psichiatriche [Swift et al., 1998].

Mutazioni e polimorfismi nella sindrome di Wolfram

L'analisi dei dati sulle mutazioni nei pazienti con sindrome di Wolfram evidenzia alcuni punti:

1. Considerando tutti i pazienti con sindrome di Wolfram studiati, in circa il 90% si sono identificate almeno una o piu mutazioni; nelle famiglie studiate le mutazioni osservate segregano con la malattia [Inoue et al., 1998; Strom et al., 1998]. Questo dovrebbe indicare che le mutazioni nel gene WSF1 sono la prima causa di malattia nella maggior parte dei pazienti con la sindrome.

2. Nei pazienti nei quali non e stata identificata alcuna mutazione, non si puo escludere la possibilita di mutazioni nel promotore e/o nelle sequenze introniche, dal momento che tali sequenze non sono state analizzate negli studi citati.

3. Nonostante alcune mutazioni siano state identificate in piu di una famiglia (2648del-fsX949; W478X), la maggior parte delle famiglie presentano mutazioni uniche.

4. Le mutazioni risultano distribuite per tutta la lunghezza della sequenza codificante, ma si concentrano soprattutto nell'esone piu esteso, l'esone 8, e comprendono delezioni, inserzioni, mutazioni missense e nonsense.

5. L'analisi delle mutazioni non ha evidenziato la presenza di hotspots o di clustering.

6. Molti dei pazienti hanno almeno una mutazione, missense o che produce una proteina tronca, alterante la coda carbossilica della proteina. Non si sono osservate significative correlazioni tra genotipo e fenotipo. Nei pazienti in cui non sono state identificate mutazioni nella sequenza codificante, non si puo comunque escludere la presenza di mutazioni nelle regioni promoter, nelle sequenze introniche e nell'esone 1 non codificante, dal momento che tali sequenze non sono state ancora controllate.


Importanza dal punto di vista clinico e biologico

Gli studi mutazionali nei pazienti con sindrome di Wolfram hanno identificato un'ampia gamma di mutazioni distribuite lungo tutto il gene WSF1. L'analisi della distribuzione delle mutazioni per quanto riguarda gli aminoacidi non indica la presenza di hotspot evidenti e la caratteristica prevalente sembra essere la produzione di una proteina tronca e la conseguente perdita dell'estremita carbossilica o mutazioni al suo interno. Dal momento che la funzione del gene non e stata determinata, e difficile stabilire gli effetti di tali mutazioni e quindi la loro rilevanza biologica. Devono essere realizzati studi di funzionalita per determinare quali siano le vie compromesse da queste mutazioni. Anche l'importanza dal punto di vista clinico di queste mutazioni non e stata stabilita. L'ampia gamma e la natura delle mutazioni e impressionante se si considera che la maggior parte dei pazienti sviluppera, col tempo, tutti i sintomi clinici riportati (essendo la principale differenza l'eta di insorgenza). L'analisi dei dati disponibili non ha evidenziato alcuna correlazione significativa fra nessuno dei vari sintomi clinici, l'eta di insorgenza e il tipo di mutazione, principalmente a causa della natura poco comune della maggior parte del mutazioni. Studi di funzionalita dovrebbero riuscire a spiegare queste osservazioni.
(Khanim et al.WFS1/Wolframin mutations, Wolfram syndrome, and associated diseases. HUM. MUTAT. 17: 357-367, 2001)

Importanza diagnostica

I criteri minimi di accertamento per la diagnosi di sindrome di Wolfram sono l'insorgenza prima dei 15 anni di diabete mellito e atrofia ottica. Questi criteri hanno un valore predittivo positivo dell'83% per sindrome di Wolfram e un valore predittivo negativo dell'1%, dati basati sullo studio di 45 pazienti [Barrett et al., 1995]. L'aggiunta di ulteriori segni clinici, come la sordita, non aumenta il valore predittivo positivo.
Khanim e coll. hanno ridefinito i criteri diagnostici aggiungendo il requisito che i pazienti abbiano diabete mellito e atrofia ottica bilaterale e progressiva che si verifichi prima dei 15 anni. Comunque, la diagnosi rimane principalmente clinica, e l'analisi mutazionale viene usata solo come test di conferma.

Prospettive future

Il prossimo passo dovrebbe essere il tentativo di stabilire quali siano le funzioni della proteina WSF1. La determinazione di quale sia la membrana, cellulare, plasmatica o interna, nella quale la proteina e localizzata potra far luce sui potenziali percorsi funzionali, oltre che sul fenotipo clinico. L'identificazione delle proteine con le quali avviene l'interazione sara anch'essa determinante nello stabilire la funzione del prodotto del gene WSF1. Studi clinici e mutazionali indicano che ogni modificazione del prodotto del gene WSF1, sia 'minore' che 'maggiore', interferisce con meccanismi essenziali per la sopravvivenza delle cellule endocrine e neuronali; tali vie potrebbero essere gia note o rappresentare nuovi meccanismi di sopravvivenza per le cellule. I dati sulle mutazioni non identificano domini specifici ne aminoacidi essenziali all'interno del gene WSF1 segreganti con specifiche complicanze cliniche. L'unica indicazione che si puo ricavare e che l'estremita carbossilica e importante per la funzione della proteina cosi come alcune delle porzioni transmembrana. Studi funzionali compiuti usando forme della proteina con delezioni o mutazioni possono aiutare a capire quali sono i percorsi interrotti e quindi spiegare i complessi aspetti clinici osservati. E da considerare anche il ruolo di altri fattori nella patogenesi della malattia. E stato ipotizzato un possibile scenario secondo il quale mutazioni nel gene WSF1 scatenerebbero la malattia e loci genici secondari o fattori ambientali contribuirebbero a modificarne la progressione. Un modello simile e stato proposto per altre malattie, incluse le talassemie [Weatherall, 2000].
Osservazioni cliniche indicano che i portatori eterozigoti delle mutazioni WSF1 hanno un rischio aumentato di sviluppare disturbi psichiatrici e diabete mellito. Dati preliminari derivanti da studi di associazione hanno identificato varianti che hanno evidenziato un'aumentata frequenza di disturbo bipolare e diabete in popolazioni di certe aree geografiche. Rimane ancora da stabilire, attraverso studi di associazione condotti su popolazioni piu ampie e analisi delle funzioni delle varianti WSF1, se le mutazioni missense riportate A559T e R456H costituiscano effettivamente un fattore di rischio per lo sviluppo di disturbo bipolare e diabete tipo I rispettivamente.

(Khanim et al.WFS1/Wolframin mutations, Wolfram syndrome, and associated diseases. HUM. MUTAT. 17: 357-367, 2001)

Il diabete insipido risponde al trattamento con clorpropamide e questo e compatibile con l'esistenza di un deficit parziale di ormone antidiuretico.
(R.M. Winter, M. Baraitser, London Dysmorphology Database, Oxford Medical Databases, 2000).

Kato-T
Molecular genetics of bipolar disorder
NEUROSCIENCE-RESEARCH. JUN 2001; 40 (2) : 105-113

Khanim-F; Kirk-J; Latif-F; Barrett-TG
WFS1/Wolframin mutations, Wolfram syndrome, and associated diseases
HUMAN-MUTATION. 2001; 17 (5) : 357-367

Al-Sheyyab-M; Jarrah-N; Younis-E; Shennak-MM; Hadidi-A; Awidi-A; El-Shanti-H; Ajlouni-K
Bleeding tendency in Wolfram syndrome: a newly identified feature with phenotype genotype correlation
EUROPEAN-JOURNAL-OF-PEDIATRICS. APR 2001; 160 (4) : 243-246

Sam-W; Qin-H; Crawford-B; Yue-D; Yu-S
Homozygosity for a 4-bp deletion in a patient with Wolfram syndrome suggesting possible phenotype and genotype correlation
CLINICAL-GENETICS. FEB 2001; 59 (2) : 136-138

Takeda-K; Inoue-H; Tanizawa-Y; Matsuzaki-Y; Oba-J; Watanabe-Y; Shinoda-K; Oka-Y
WFS1 (Wolfram syndrome 1) gene product: predominant subcellular localization to endoplasmic reticulum in cultured cells and neuronal expression in rat brain
HUMAN-MOLECULAR-GENETICS. MAR 1 2001; 10 (5) : 477-484

Evans-KL; Le-Hellard-S; Morris-SW; Lawson-D; Whitton-C; Semple-CAM; Fantes-JA; Torrance-HS; Malloy-MP; Maule-JC; Humphray-SJ; Ross-MT; Bentley-DR; Muir-WJ; Blackwood-DHR; Porteous-DJ
A 6.9-Mb high-resolution BAC/PAC contig of human 4p15.3-p16.1, a candidate region for bipolar affective disorder
GENOMICS-. FEB 1 2001; 71 (3) : 315-323

Gomez-Zaera-M; Strom-TM; Rodriguez-B; Estivill-X; Meitinger-T; Nunes-V
Presence of a major WFS1 mutation in Spanish wolfram syndrome pedigrees
MOLECULAR-GENETICS-AND-METABOLISM. JAN 2001; 72 (1) : 72-81

Torres-R; Leroy-E; Hu-X; Katrivanou-A; Gourzis-P; Papachatzopoulou-A; Athanassiadou-A; Beratis-S; Collier-D; Polymeropoulos-MH
Mutation screening of the Wolfram syndrome gene in psychiatric patients
MOLECULAR-PSYCHIATRY. JAN 2001; 6 (1) : 39-43

Permutt-MA; Hattersley-AT
Searching for type 2 diabetes genes in the post-genome era
TRENDS-IN-ENDOCRINOLOGY-AND-METABOLISM. NOV 2000; 11 (9) : 383-393

Ruiz-Pesini-E; Lapena-AC; Diez-Sanchez-C; Perez-Martos-A; Montoya-J; Alvarez-E; Diaz-M; Urrieis-A; Montoro-L; Lopez-Perez-MJ; Enriquez-JA
Human mtDNA haplogroups associated with high or reduced spermatozoa motility
AMERICAN-JOURNAL-OF-HUMAN-GENETICS. SEP 2000; 67 (3) : 682-696

El-Shanti-H; Lidral-AC; Jarrah-N; Druhan-L; Ajlouni-K
Homozygosity mapping identifies an additional locus for Wolfram syndrome on chromosome 4q
AMERICAN-JOURNAL-OF-HUMAN-GENETICS. APR 2000; 66 (4) : 1229-1236

El-Shanti-H; Lidral-AC; Marazita-ML; Cooper-ME; Jarrah-N; Druhan-L; Ajlouni-K
Homozygosity mapping identifies an additional locus for Wolfram syndrome on chromosome 4q (vol 66, pg 1229, 2000)
AMERICAN-JOURNAL-OF-HUMAN-GENETICS. MAY 2000; 66 (5) : 1728

Barrett-TG; Scott-Brown-M; Seller-A; Bednarz-A; Poulton-K; Poulton-J
The mitochondrial genome in Wolfram syndrome
JOURNAL-OF-MEDICAL-GENETICS. JUN 2000; 37 (6) : 463-466

Haftel-LT; Lev-D; Barash-V; Gutman-A; Bujanover-Y; Lerman-Sagie-T
Familial mitochondrial intestinal pseudo-obstruction and neurogenic bladder
JOURNAL-OF-CHILD-NEUROLOGY. JUN 2000; 15 (6) : 386-389

Tarantino-LM; Feiner-L; Alavizadeh-A; Wiltshire-T; Hurle-B; Ornitz-DM; Webber-AL; Raper-J; Lengeling-A; Rowe-LB; Bucan-M
A high-resolution radiation hybrid map of the proximal portion of mouse chromosome 5
GENOMICS-. MAY 15 2000; 66 (1) : 55-64

Swift-M; Swift-RG
Psychiatric disorders and mutations at the Wolfram syndrome locus
BIOLOGICAL-PSYCHIATRY. MAY 1 2000; 47 (9) : 787-793

Ohtsuki-T; Ishiguro-H; Yoshikawa-T; Arinami-T
WFS1 gene mutation search in depressive patients: detection of five missense polymorphisms but no association with depression or bipolar affective disorder
JOURNAL-OF-AFFECTIVE-DISORDERS. APR 2000; 58 (1) : 11-17

Paterson-AD; Petronis-A
Age of diagnosis-based linkage analysis in type 1 diabetes
EUROPEAN-JOURNAL-OF-HUMAN-GENETICS. FEB 2000; 8 (2) : 145-148

Middle-F; Jones-I; McCandless-F; Barrett-T; Khanim-F; Owen-MJ; Lendon-C; Craddock-N
Bipolar disorder and variation at a common polymorphism (A1832G) within exon 8 of the Wolfram gene
AMERICAN-JOURNAL-OF-MEDICAL-GENETICS. APR 3 2000; 96 (2) : 154-157

Evans-KL; Lawson-D; Meitinger-T; Blackwood-DHR; Porteous-DJ
Mutational analysis of the Wolfram syndrome gene in two families with chromosome 4p-linked bipolar affective disorder
AMERICAN-JOURNAL-OF-MEDICAL-GENETICS. APR 3 2000; 96 (2) : 158-160

Cardellach-F; Casademont-J
Mitochondrial diseases: still a difficult diagnosis
MEDICINA-CLINICA. FEB 5 2000; 114 (4) : 139-140

Awata-T; Inoue-K; Kurihara-S; Ohkubo-T; Inoue-I; Abe-T; Takino-H; Kanazawa-Y; Katayama-S
Missense variations of the gene responsible for Wolfram syndrome (WFS1/wolframin) in Japanese: Possible contribution of the Arg456His mutation to type 1 diabetes as a nonautoimmune genetic basis
BIOCHEMICAL-AND-BIOPHYSICAL-RESEARCH-COMMUNICATIONS. FEB 16 2000; 268 (2) : 612-616

Castro-FJ; Barrio-J; Perena-MF; Palomar-MT; Cristobal-JA
Uncommon ophthalmologic findings associated with Wolfram syndrome
ACTA-OPHTHALMOLOGICA-SCANDINAVICA. FEB 2000; 78 (1) : 118-119

Rigoli-L; Salpietro-DC; Caruso-RA; Chiarenza-A; Barberi-I
Mitochondrial DNA mutation at np 3243 in a family with maternally inherited diabetes mellitus
ACTA-DIABETOLOGICA. SEP 1999; 36 (3) : 163-167

Nores-JM; Biacabe-B; Bonfils-P
Olfactory disorders and general pathologies. Analysis and literature review.
REVUE-DE-MEDECINE-INTERNE. JAN 2000; 21 (1) : 95-104

Fuqua-JS
Wolfram syndrome: Clinical and genetic aspects
ENDOCRINOLOGIST-. JAN 2000; 10 (1) : 51-59