La condizione conosciuta come scoliosi idiopatica (IS) adolescenziale interessa il 3% dei bambini e tipicamente si evidenzia verso i dieci, dodici anni quando i ragazzi sono nella fase di rapida crescita. Mentre la scoliosi può verificarsi a causa di difetti strutturali nelle ossa o nei muscoli, più spesso le curve della colonna spinale a forma di C o S si sviluppano per ragioni sconosciute. Poiché i meccanismi biologici fondamentali della Scoliosi Idiopatica sono stati compresi molto poco, il trattamento per prevenire un’ulteriore progressione e potenziali “dismorfismi” dolorosi è stato limitato a corsetti o chirurgia correttiva.

1. zebrafish (pesce zebra) normale (in alto a sinistra) e uno scheletro normale (basso a sinistra);
zebrafish con scoliosi (alto a destra) e uno scheletro scoliotico (basso a destra). Grazie a Grimes
DT, Boswell CW, Morante NF, Henkelman RM
LA SCOLIOSI RICONDUCIBILE A PROBLEMI NEL FLUSSO DEL
FLUIDO SPINALE
Dott. Francis Collins luglio 2016
La condizione conosciuta come scoliosi idiopatica (IS) adolescenziale interessa il
3% dei bambini e tipicamente si evidenzia verso i dieci, dodici anni quando i ragazzi
sono nella fase di rapida crescita. Mentre la scoliosi può verificarsi a causa di difetti
strutturali nelle ossa o nei muscoli, più spesso le curve della colonna spinale a forma
di C o S si sviluppano per ragioni sconosciute. Poiché i meccanismi biologici
fondamentali della Scoliosi Idiopatica sono stati compresi molto poco, il trattamento
per prevenire un’ulteriore progressione e potenziali “dismorfismi” dolorosi è stato
limitato a corsetti o chirurgia correttiva.
Ora, un team di ricercatori finanziati dalla NIH (National Institutes of Health) e i loro
colleghi lavorando su modelli di IS negli zebrafish (pesce zebra) riportano una
scoperta sorprendente che suggerisce che potrebbe essere possibile sviluppare terapie
più mirate nel ridurre o anche prevenire la scoliosi. Gli esperimenti del team hanno
mostrato per la prima volta la mutazione di un gene associato con la curva spinale sia
negli zebrafish che negli umani e il suo effetto nell’alterare la funzione di piccole
formazioni simili ai capelli, conosciute come ciglia, che circondano il midollo

2. spinale. Senza i normali movimenti delle ciglia, il fluido che bagna il cervello e il
midollo spinale non scorre correttamente, e lo zebrafish sviluppa curve spinali
anormali che assomigliano molto a quelle viste nei bambini con scoliosi. Comunque,
quando i ricercatori hanno usato l’ingegneria genetica per correggere tali mutazioni e
in tal modo ripristinato la normale funzione ciliare e il flusso del Fluido
Cerebrospinale (CSF), lo zebrafish non ha più sviluppato curve spinali.
Gli zebrafish si trovano normalmente nell’acqua dolce tropicale e sono un modello
utilizzato dai ricercatori per studiare lo sviluppo dei vertebrati. Essi sono anche un
buon modello soprattutto per lo studio della IS.
Gli ultimi studi, pubblicati recentemente nel giornale Science, hanno coinvolto una
squadra di ricercatori condotti da Brian Ciruna dell’Università di Toronto e
l’Ospedale per i bambini malati di Toronto, e Rebecca Burdine dell’Università di
Princeton, NJ. Il team era interessato agli zebrafish con mutazioni nel gene ptk7, che
codifica l’enzima protein-tirosina chinasi-7. [1]
Il laboratorio di Ciruna aveva già dimostrato che la mutazione nel gene ptk7 poteva
portare a curve spinali [2]. Il ptk7 era già conosciuto nel giocare un ruolo nello
sviluppo embriologico, ma non era chiaro come il gene, quando alterato, potesse
condurre a scoliosi nell’adolescenza. Nell’ultimo lavoro, i ricercatori hanno
esaminato il cervello e il midollo spinale dei pesci con il ptk7 mutato e hanno trovato
qualcosa di inaspettato: la motilità ciliare normalmente trovata sulla superficie del
cervello e rivestimento del midollo spinale era insolitamente scarsa. Molte delle
ciglia che erano presenti erano anche posizionate non correttamente.
I pesci “mutanti” hanno sviluppato una colonna vertebrale curva ed un edema
cerebrale (idrocefalo), anch’esso associato con difetti nella motilità ciliare. I
ricercatori non hanno misurato direttamente il movimento di queste ciglia difettose,
ma hanno iniettato minuscole perline fluorescenti nei pesci e hanno visto una
fluttuazione del CSF quasi nulla. Questa scoperta è particolarmente interessante alla
luce della già segnalata difettosa fluttuazione del CSF in persone con scoliosi.
Per vedere se quei problemi nelle ciglia erano responsabili della scoliosi, i ricercatori
hanno recuperato la normale funzione del gene specificamente nelle cellule che
producono ciglia. E infatti, con il Ptk7 e la motilità ciliare recuperati, l’idrocefalo e la
scoliosi non si sono più sviluppati negli zebrafish, e il CSF ha ricominciato a fluire
normalmente.
Per fornire un’ulteriore evidenza del collegamento fra le ciglia e la scoliosi, i
ricercatori hanno introdotto altre mutazioni in quattro geni noti per avere un ruolo
nello sviluppo e funzione delle ciglia e hanno trovato che lo zebrafish, portatore di
uno di quei geni ha sviluppato la scoliosi.

3. In una intelligente serie di esperimenti volti a valutare il tempo di sviluppo della
scoliosi, i ricercatori hanno utilizzato una mutazione sensibile alla temperatura nel
c21orf59, un gene che il laboratorio di Burdine ha recentemente mostrato essere
essenziale per la funzione delle ciglia. [3] Le mutazioni hanno permesso loro di
disattivare i movimenti ciliari semplicemente cambiando la temperatura dell’acqua
nelle vasche degli zebrafish. Quando gli zebrafish portanti la mutazione erano tenuti a
25° Celsius (77° Fahrenheit), la proteina prodotta dal gene funzionava normalmente,
permettendo alle ciglia di lavorare. Quando lo stesso pesce era tenuto ad una
temperatura di 30°C (86° F), la proteina mutante non si avvolgeva più correttamente,
causando un malfunzionamento delle ciglia.
I ricercatori inizialmente hanno tenuto gli embrioni di zebrafish a 25°C per
permettere il normale sviluppo. In seguito hanno portato i pesci in una vasca a 30°C
dopo 19, 24, 29 e 34 giorni causando così un rallentamento nella fluttuazione del CSF
e le ciglia hanno smesso di funzionare normalmente.
Questi studi hanno stabilito che quel pesce sviluppava curve spinali quando il
movimento ciliare smetteva di lavorare correttamente a 19 giorni, uno stadio di
sviluppo corrispondente all’adolescenza negli umani.
Il pesce messo nella vasca calda in qualche giorno sviluppava solo curve blande.
Quelli spostati alla temperatura più calda a 34 giorni non mostravano scoliosi per
nulla. Presi insieme, questi risultati forniscono evidenze che la scoliosi potrebbe in
definitiva essere trattata o prevenuta con terapie volte ad incoraggiare la
normale funzione ciliare e la fluttuazione del CSF.
Nel frattempo, c’è ancora molto da imparare. Non è ancora chiaro precisamente come
la fluttuazione del CSF influenzi lo sviluppo spinale nell’adolescenza. I ricercatori
suggeriscono che la rapida crescita durante l’adolescenza potrebbe incrementare il
rischio di sviluppare asimmetrie, e che cambiamenti nella fluttuazione del CSF
potrebbero permettere al corpo di individuarle e correggerle. Quando il CSF non
fluisce normalmente, questi controlli ed equilibri potrebbero rompersi.
La scoliosi è conosciuta per essere altamente prevalente in persone con condizioni di
salute associate spesso ad ostruzione della fluttuazione del CSF. Questo, insieme con
le nuove evidenze, implica un ruolo fondamentale dal punto di vista evolutivo del
CSF nello sviluppo del rachide nei pesci e negli umani. Essi suggeriscono anche che
potrebbe essere di aiuto riesaminare la fluttuazione del CSF in bambini con
scoliosi.

4. References:
[1] Zebrafish models of idiopathic scoliosis link cerebrospinal fluid flow defects to spine
curvature. Grimes DT, Boswell CW, Morante NF, Henkelman RM, Burdine RD, Ciruna B. Science.
2016 Jun 10;352(6291):1341-1344.
[2] ptk7 mutant zebrafish models of congenital and idiopathic scoliosis implicate dysregulated
Wnt signaling in disease. Hayes M, Gao X, Yu LX, Paria N, Henkelman RM, Wise CA, Ciruna B. Nat
Commun. 2014 Sep 3;5:4777.
[3] c21orf59/kurly controls both cilia motility and polarization. Jaffe KM, Grimes DT,
Schottenfeld-Roames J, Werner ME, Ku TS, Kim SK, Pelliccia JL, Morante NF, Mitchell BJ,
Burdine RD. Cell Rep. 2016 Mar 1; 14(8):1831-1839.
Links:
Questions and Answers about Scoliosis in Children and Adolescents (NIAMS/NIH)
Burdine Lab (Princeton University, Princeton, NJ)
Brian Ciruna (The Hospital for Sick Children, Toronto)
NIH Support: National Institute of Child Health and Human Development