Articoli di Genetica Clinica/Umana Giugno 2015. R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Giugno 2015 nelle seguenti riviste: British Medical Journal, Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Genetics, Nature Medicine, Nature Neuroscience, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neuroscience, NEJM, PNAS, Science & Cell.

ARTICOLI DA NON PERDERE

A SNP in the HTT promoter alters NF-kB binding and is a bidirectional genetic modifier of Huntington disease. Nature Neuroscience 2015;18:807. Interessanti risultati sui fattori modulatori dell’età di comparsa e nelle possibilità terapeutiche per la m. Huntington, una malattia neurodegenerativa caratterizzata da perdita dei neuroni striatali. Si sa che il gene HTT selvatico stimola il trasporto del fattore nucleare NF-κB di cellule B attivate fuori dalle spine dendritiche e favorisce alti livelli di  NF-κB nei nuclei neuronali dove stimola la trascrizione di specifici geni, funzione che viene alterata dall’espansione poliQ.

In questo lavoro viene identificato uno SNP raro del promotore del gene causativo HTT che modifica il legame il legame NF-κB e agisce come un modificatore bidirezionale dell’età di insorgenza: la sua presenza nell’allele mutato ritarda di 10 anni la comparsa dei primi segni, mentre se localizzato nell’allele selvatico l’anticipa (4 anni). Questo potrebbe avere implicazioni terapeutiche.

Ho trovato interessante, anche se un po’ lungo, quanto riportato in web sui risultati di questo articolo (http://it.hdbuzz.net/198). Leggetevelo se non volete leggere l’articolo.

MEDICINA DI PRECISIONE

Ten things we have to do to achieve precision medicine. Science 2015;349:37. 10 grossi ostacoli, ma superabili, per accelerare l’applicazione della medicina di precisione. 1. Linkage dei dati sanitari, progetti di ricerca e degli avvenimenti quotidiani nel corso della vita di una persona. 2. Accuracy e riproducibilità dei dati raccolti sia genetici che clinici. 3. Blurred boundaries: chiarezza tra quello che è il risultato di un esame clinico e quello della ricerca, quello che si può sapere senza ledere i diritti delle persone e i dati sensibili. 4. Popular support. 5. Omics writ large (interpretazione personale: writ large= c’è spazio per altro, ndr) quanto risulta dalle varie omiche ci dice che siamo ancora lontani dall’avere un quadro completo di altri fattori della nostra vita ed è quindi necessario integrare i dati che abbiamo con altri rilevanti come quelli ambientali. 6. Perpetual updating, e anche timely update.7. Computation: chi e come, ma non sarà facile organizzarlo. 8. Affordability. Già, ma chi paga i costi degli “impressively effective but also terribly expensive targeted treatments”? Costi che dovranno assolutamente ridursi per poter applicare la medicina di precisione. 9. Representation di tutte le etnie che compongono la nostra popolazione (che peraltro è in continuo cambiamento come stiamo e vedremo nel prossimo futuro, ndr) per evitare grossolani errori diagnostici e terapeutici. 10. Education del sistema sanitario che deve prepararsi per questo nuovo modo di prestare assistenza, dei ricercatori che devono svilupparne le modalità di applicazione, degli operatori sanitari che devono applicare quanto risulterà dalla medicina di precisione nella pratica clinica, dei pazienti e loro organizzazioni e della popolazione generale.  Conclude questa Health Care Policy “Even with the minimal and conservative view presented here, it is apparent that implementation of precision medicine will require an extensive national conversation”.

From Prescription to Transcription: Genome Sequence as Drug Target. Cell 2015;162:16. Commento dell’articolo Genetic Variation Determines PPARg Function and Anti-diabetic Drug Response In Vivo. Pg. 33 in cui si sottolinea che la terapia personalizzata per la risposta personale su base genetica ai farmaci è una promettente opportunità per migliorarne gli effetti. Nel lavoro viene descritto uno SNP che modifica il legame genome-wide del fattore di trascrizione PPARg alterando nel topo la risposta a un nuovo antidiabetico, il rosiglitazone, che riduce i livelli plasmatici di glucosio, insulina e trigliceridi e che attenua la nefropatia diabetica e la degenerazione delle cellule insulari pancreatiche. Nel tessuto adiposo umano SNP che alterano in vario modo ed entità il legame di questo fattore di trascrizione modulano il rischio di malattia metabolica. Si conclude che normali variazioni nell’azione legante di PPARg determinano il rischio di malattia metabolica e la risposta a farmaci.

Planning for US Precision Medicine Initiative underway. Lancet 2015;385:2448. Il presidente USA Obama, che sta spingendo per la riforma sanitaria nel suo paese (è di questi giorni la decisione della Corte Suprema ha dato ragione al governo americano e alla presidenza di Barack Obama in un atteso e importante verdetto riguardo la riforma sanitaria approvata nel 2010, ndr), ha preso un’altra  iniziativa che ha così presentato “I want the country that eliminated polio and mapped the human genome to lead a new era of

medicine—one that delivers the right treatment at the right time”, cioè la Medicina di precisione. L’idea di questa iniziativa (Precision Medicine Initiative= PMI) non è sua ma ha avuto il coraggio di adottarla interamente. Proponendo la formazione di una coorte di 1 milione di volontari, sia ammalati che sani (temporaneamente ovviamente, ndr), che collaborano alla ricerca con materiale biologico, campioni di tessuti e informazioni relative al loro ambientale e stile di vita.  Per la diagnosi di precisione ben diversa dalla diagnosi clinica per prognosi e terapia, la cura (già ci sono prove dell’utilità della PM nella cura del cancro), il rischio di malattia e di reazioni avverse a farmaci. Tutti sono d’accordo (non solo le case farmaceutiche e i laboratori, ovviamente, ndr) ma l’obiezione facile è che senza fondi adeguati non si raggiungeranno gli scopi dell’iniziativa.

CRISP GENE-EDITING TECHNOLOGY

CRISPR, the disruptor. Nature 2015;522:20. Sottotitolo: “A powerful gene-editing technology is the biggest game changer to hit biology since PCR. But with its huge potential come pressing concerns”. Una tecnica innovativa, come lo è stata la PCR, semplice da usare, veloce, che non richiede grosse attrezzature né un training di anni ed economica. Per questo è stata rapidamente adottata da molti laboratori per riparare nell’uomo geni ed eliminare malattie, creare vegetali resistenti, eliminare patogeni e molto altro. Note di cautela, soprattutto etici sul suo uso negli embrioni umani (Embryo editing divides scientists. Nature 519:272)(Spigolature Marzo2015). Tra i vari commenti quello di un ricercatore che dice a proposito di questa nuova tecnica “ “I’m depressed, but I’m also excited”, perché ha speso buona parte della sua carriera a mettere a punto una tecnologia di editing introdotta negli anni ’80, costosa e che richiede molto tempo, ma ora sorpassata da CRISPR perché tutto è più rapido, che ha adottato 2 anni fa. Ne vengono anche presentati i rischi, tra cui quelli di introdurre alterazioni patogenetiche in altre parti del genoma. Si prevede comunque che partiranno sperimentazioni cliniche nell’uomo per la terapia delle malattie tra 1-2 anni.

E il suo uso anche in agricoltura per rendere resistenti grano e riso e anche qui ci si scontra con la questione degli alimenti geneticamente modificati. Le stesse obiezioni per l’impiego di CRISP per modificare geni ad es. negli insetti in cui per un meccanismo chiamato gene drive, a differenza delle tecniche genetiche attuali, una mutazione ingegnerizzata in una zanzara viene trasmessa a tutti i figli diffondendosi così in una sola stagione ad una grossa popolazione di insetti (vedi la bellissima figura che sintetizza la storia di CRISP e che illustra bene il gene drive). La “democrati­zation of genome editing through CRISPR could have unexpected and undesirable outcomes”. Occorrono quindi regole internazionali su questo.

Ma le previsioni secondo alcuni sono che questa tecnica “It’s ultimately going to have a role in human therapeutics”.

CRISPR, the disruptor. Nature 2015;522:20. Ottima puntualizzazione su una tecnica rivoluzionaria per la terapia genica: facile, che richiede solo breve training e non grossa strumentazione, pure economica. Storia, potenzialità, applicazioni, problemi. E non solo per curare le malattie genetiche.

Science can’t solve it. Nature 2015;522:413. Sottotitolo: “Democratically weighing up the benefits and risks of gene editing and artificial intelligence is a political endeavour, not an academic one”.

Move beyond differences. Nature 2015;522:415. Viene annunciato che nel prossimo autunno si sta organizzando un meeting a cui parteciperanno ricercatori ed altri esperti per discutere degli aspetti scientifici, etici e politici relativi alla ricerca nel campo del gene-editing nell’uomo. L’autore di questo commento riporta quanto discusso in un recente incontro sul futuro della biotecnologia e sulla discussione che ne è seguita. Ha avuto l’impressione di un “gendered divide” con gli uomini più concentrati sugli aspetti tangibili e pragmatici mentre le donne interessate più a valori e agli aspetti etici. Tutti razionali ovviamente ma concentrati su quello che ritenevano in quel momento più importante. Si augura che dopo il convegno autunnale sul gene-editing non vi sia una contrapposizione tra le due visioni del futuro della tecnologia ma si arrivi invece alla costituzione di gruppi di lavoro che prendano in considerazione tutti i campi che verranno coinvolti dalla ricerca applicata con il gene-editing, dalle scoperte scientifiche alle uguali opportunità per tutti.

Photoactivatable CRISPR-Cas9 for optogenetic genome editing. Nature Biotechnology June 2015

advance online. Modificazione della tecnica di genome-editing che usando la luce consente di controllare quando è avvenuto l’editing e un quali cellule.

Brave New Genome. NEJM 2015;373:5. Perspective sulle possibilità di questa tecnica con una bella nota conclusiva: “It has been only about a decade since we first read the human genome. We should exercise

great caution before we begin to rewrite it”.

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEUROMUSCOLARI/NEURODEGENERATIVE

Aggregates feel the strain. Nature 2015;522:296. La m. Parkinson, la Demenza con corpi Lewy e l’Atrofia multisistema sono malattie progressive neurodegerative età dipendenti caratterizzate dall’accumulo di aggregati di proteina α-sinucleina nell’encefalo. Queste sinucleinopatie sono distinguibili una dall’altra per la diversa distribuzione e per il diverso tipo di cellule in cui si deposita questa proteina. Nel lavoro sullo stesso fascicolo (α -Synuclein strains cause distinct synucleinopathies after local and systemic administration. Pg. 340) si propone che diverse forme di α-sinucleina con diverse conformazioni strutturale spiegano tale variabilità.  Da qui il titolo del commento. Si dimostra infatti nel topo che forme diverse di questa proteina hanno diversa capacità di diffusione, di indurre anomalie anatomiche e fenotipi neurotossici specifici.

Evolved protection against human prions. Nature 2015;522:423. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (A naturally occurring variant of the human prion protein completely prevents prion disease. Pg. 478) in cui si dimostra che una variante genetica di PrP, la proteina che forma i prioni, fornisce protezione alla malattia prionica nell’uomo inibendo la conversione delle isoforme funzionali PrP^C in una conformazione anomala PrP^Sc che, quando presente, si diffonde nell’encefalo danneggiandolo e causando così la malattia. Tale variante è stata trovata, dopo gli episodi di più casi della malattia variante Creutzfeldt–Jakob (malattia della  “mucca pazza”), negli aborigeni della Nuova Guinea dove erano avvenuti in passato epidemie della malattia neurodegenerativa chiamata kuru, dovuta ad atti ritualistici di cannibalismo.  E’ una variante missenso del gene PRPN, che in eterozigosi nel topo lo protegge completamente dai prioni kuru. Gli eterozigoti sono protetti parzialmente anche dalla m. Creutzfeldt–Jakob sporadica, mentre gli omozigoti per questa variante lo sono completamente. Interessante anche il fatto che la variante agisce come inibitore dominante negativo della conversione di conformazione prionica, inibendo anche la conversione della proteina selvatica. Questo resistenza al cambiamento conformazionale fornisce elementi utili per trovare una possibile prevenzione per la malattia da prioni.

Due prospettive discordanti sull’ipotesi patogenetica della “cascata amiloide” per l’Alzheimer:

The case for rejecting the amyloid cascade hypothesis. Nature Neuroscience 2015;18:794.

Three dimensions of the amyloid hypothesis: time, space and ‘wingmen’. Nature 2015;18:900.

Immune attack: the role of inflammation in Alzheimer disease. Nature Reviews Neuroscience 2015;16:358. Si sa che l’infiammazione ha un ruolo importante nell’evoluzione dell’Alzheimer. In questa Review si presenta il contributo del sistema immunitario nella patogenesi di questa malattia.

TREM2 and Risk of Alzheimer’s Disease — Friend or Foe? NEJM 2015;372:2564. Mutazioni in omozigosi del gene TREM2, un recettore dell’immunità innata espresso sulla superficie delle cellule mieloidi, come i monociti, macrofagi e la microglia dell’encefalo, sono causa di una forma di demenza (s. Nasu-Hakola o Osteodisplasia policistica lipomembranosa con leucoencefalopatia sclerosante, MIM #221770). Una delle mutazioni di questo gene, R47H, allo stato di eterozigosi comporta il rischio di Alzheimer tardivo. Da alcuni studi su modelli murini risulta che i macrofagi con normale espressione del prodotto di TREM contribuiscono alla neuropatologia di questa malattia, mentre altri, sempre nei modelli animali, portano a concludere il contrario. Secondo l’autore della nota questo potrebbe essere dovuto ad un vecchio problema tecnico: l’uso di differenti modelli animali.

Rimane un dato: TREM2 ha un rilevante ruolo nella clearance dei neuroni morti o danneggiati, con un meccanismo comune in numerose malattie neurodegenerative, non solo l’Alzheimer ma anche la Demenza fronto-temporale, il Parkinson e la Sclerosi laterale amiotrofica. Ulteriori ricerche chiariranno il suo ruolo in queste malattie.

C9ORF72 repeat expansions in mice cause TDP-43 pathology, neuronal loss, and behavioral deficits. Science 2015;348:1151. La principale causa della demenza fronto-temporale e della sclerosi laterale amiotrofica è costituita dall’espansione esanucleotidica di C9ORF72. E’ stato sviluppato un modello murino in cui l’espansione è espressa nel SNC con transgenesi somatica mediata da adenovirus. Il topo di 6 mesi mostra la tipica patologia TPD-43, perdita neuronale, astrogliosi, calo ponderale e la sintomatologia presente nei pz (iperattività, ansietà, comportamento antisociale e deficit motori). Un modello utile per sperimentare nuove terapie.

Reduction of toxic RNAs in myotonic dystrophies type 1 and type 2 by the RNA helicase p68/DDX5. PNAS 2015;112:8041. La Distrofia miotonica è una malattia neuromuscolare con miotonia (contrazione), debolezza muscolare distale, difetti cardiaci di conduzione che nella forma congenita comportano ritardo della miogenesi e grave compromissione cognitiva. Dovuta ad un’espansione della tripletta CTG nella regione non 3’ UTR del gene DMPK (MIM #160900)(DM1) o di una ripetizione CCTG nel primo introne del gene CNBP (MIM #602668)(DM2). Il meccanismo patogenetico si ritiene sia un’acquisizione di funzione dell’RNA. Usando un modello cellulare (CHO) di DM2 si dimostra che gli RNA mutanti CUG e CCUG sono molto stabili sospettando una riduzione del sistema proteico che regola la degradazione dell’RNA. Per verificare tale ipotesi sono state studiati i livelli di una di queste proteine, elicasi RNA p68, che sono risultati in effetti bassi nel tessuto muscolare da biopsia di pz con DM1 e DM2 e che la normalizzazione dei livelli di p68 porta alla degradazione del mutante RNA CUG e CCUG, disintegrazione dei foci di RNA e riduzione della patologia del muscolo DM. Individuato quindi un possibile agente terapeutico delle DM.

ALS

Glycosphingolipids are modulators of disease pathogenesis in amyotrophic lateral sclerosis. PNAS 2015;112:8100. E’ noto che alcune malattie neuromuscolari hanno un anomalo metabolismo lipidico della membrana cellulare (Paraplegia spastica ereditaria, Neuropatia sensitivo-motoria ereditaria tipo 1, SMA non-5q). In questo lavoro viene verificato il sospettato contributo di anomalie del metabolismo sfingolipidico alla neurodegenerazione della Sclerosi Laterale Amiotrofica. (ALS). Sia nel modello murino dell’ALS familiare che nell’uomo vi sono elevati livelli di glicosfingolipi nel liquor CR. Nel topo l’inibizione della produzione di glicosfingolipi peggiora la progressione dell’ALS, mentre l’infusione di un tipo di sfingolipide, il ganglioside GM3, ne rallenta la progressione. In conclusione viene confermata un’alterata omeostasi di questi lipidi come meccanismo patogenetico nell’ALS che potrebbero costituire bersagli per possibili terapie.

Amelioration of toxicity in neuronal models of amyotrophic lateral sclerosis by hUPF1. PNAS 2015;112:7821. Mutazioni di geni codificanti proteine che legano l’RNA causano ALS familiare.  Mutazioni di uno dei geni responsabili, TDP43, interessano il turnover, la quantità e la localizzazione del prodotto genico in genere determinandone aggregati citoplasmatici. Nei casi sporadici di malattia (85-90%) si sono visti analoghe inclusioni formate dalla proteina normale. In questo lavoro, partendo dall’osservazione che la proteina hUPF1 ha proprietà citoprotettive nel modello di lievito di ALS modificando la sovraespressione di un altro gene, FUS, altro gene causa di ALS familiare, si è voluto verificare se nei neuroni di mammiferi tale proteina possa prevenire la tossicità da TDP43. Si è verificato infatti che hUPF1 (up-frameshift protein 1) è in grado di evitare la neurotossicità sia di TD43 che di FUS mediante un meccanismo dipendente da NMD (decadimento mediato da un nonsenso). In sintesi questi studi mostrano l’importanza del metabolismo dell’RNA nella ALS (e anche nella Demenza fronto-temporale, che interessa il 30% dei pz con ALS) indicando anche una possibile via terapeutica per ambedue queste malattie neurodegenerative gravi e rapidamente progressive.

Structural basis for mutation-induced destabilization of profilin 1 in ALS. PNAS 2015;112:7984. Si è studiato il meccanismo patogentico delle mutazioni di Profilina 1, causa di una ASL (ASL18. MIM #614808). Le mutazioni destabilizzano in vitro e nelle cellule con alterazione della conformazione della proteina causandone un accelerato turnover nella cellula. Tali varianti infatti tendono ad aggregarsi in accordo con l’ipotesi di fenotipo da perdita di funzione basata su test cellulari. Interessante l’osservazione della struttura cristallina da raggi X di diverse proteine PFN1, che rileva la formazione di una cavitazione nella parte centrale della proteina della variante M114T, mentre la struttura proteica di un’altra variante, E117G, è solo di poco alterata ed è più stabile, in accordo con il fatto che quest’ultima mutazione è presente anche nella popolazione generale.

AUTISMO

Excess of rare, inherited truncating mutations in autism. Nature Genetics 2015;47:582. Sappiamo che l’autismo, patologia frequente (1:88 bambini), è altamente ereditabile con il 50-60% delle cause ritenute su base genetica, in metà dei casi da mutazione rara de novo. Il che fa pensare che nella restante metà la causa siano varianti comuni o rare ereditate. Nel lavoro si è effettuata una rivalutazione dell’analisi dell’esoma di quasi 9.000 famiglie (di cui 1.800 costituite da pz, genitori e fratello non affetto) di 3 diversi centri osservando che sono più frequenti nei probandi le SNV private ed ereditate troncanti di geni particolarmente sensibili a variazioni funzionali e che vi è, come già in parte verificato per le CNV, una loro significativa trasmissione  dalle madri ai loro figli.  

L’analisi delle CNV mostra che le duplicazioni più piccole (< 100 kb) di origine materna hanno un grosso bias di trasmissione ai probandi e che queste duplicazioni sono arricchite di geni bersaglio di CHD8 (che è un regolatore cromatinico e le cui mutazioni che ne alterano la funzione sono presenti solo nei probandi).

Infine sono stati identificati geni candidati di “seconda classe”, come RIMS1, CUL7 e LZTR1, che, mutati, sono fattori predisponenti all’autismo ma che non sono completamente penetranti perché richiedono altri fattori genetici o non genetici per causare la malattia, come ad esempio la trasmissione materna al figlio.

GENETICA UMANA/CLINICA

MiR-204 is responsible for inherited retinal dystrophy associated with ocular coloboma. PNAS 2015;112:E3226 (parecchi AA italiani). Le cause di patologie ereditarie oculari sono costituite dalle distrofinopatie, malattie degenerative tra cui la retinite pigmentosa che è la principale causa di cecità ereditaria con frequenza di 1:4.000 persone, e le anomalie morfologiche come la microftalmia, anoftalmia e il coloboma (MAC). Ambedue questi gruppi di patologie hanno un rilevante eterogeneità genetica con circa 150 geni per le prime (sph.uth.edu/Retnet/home.htm) e circa 50 geni per le seconde (MAC genes,  www.omim.org). Ma sappiamo che ve ne sono ancora molte altre da identificare. Sappiamo anche che molti microRNA (miRNA) hanno un ruolo importante, sia fisiologico che patologico, in molte condizioni e che partecipano allo sviluppo e al mantenimento della funzione oculare, in particolare della retina.

In questo lavoro vengono riportate, tramite analisi di linkage e dell’esoma, le basi molecolari di un fenotipo composto da degenerazione retinica e coloboma oculare da mutazione dominante (5 generazioni) di miR-204. Si dimostra che tale miRNA ha un importante ruolo nella morfogenesi oculare e nella sua funzione e che il suo contributo in questa patologia avviene mediante un meccanismo di acquisizione di funzione.

Funders must encourage scientists to share. Nature 2015;522:129. L’Advisory Group on Data Access ha pubblicato le raccomandazioni per la condivisione dei dati genomici raccolti nelle varie ricerche che in gran parte non sono resi accessibili a tutti (www.wellcome.ac.uk/EAGDA). I protocolli di accesso sono preparati e organizzati in modo differente in ogni studio e così si causa un inutile lavoro amministrativo sia per chi produce i dati sia per chi li vuole usare, quindi “No one wins in this scenario, least of all those who donate their personal data”. Allora l’accesso ai dati deve far parte del progetto sin dalla sua preparazione e finanziamento, soprattutto per grossi studi. Molti studi epidemiologici e genomici hanno un comitato che stabilisce come accedere ai dati e avrebbe più senso standardizzare tale accesso evitando che ogni studio ne prepari uno specifico. Per evitare con la condivisione dei dati che i partecipanti siano resi identificabili occorrono procedure specifiche e un adeguato consenso informato. Ma salvaguardare la loro privacy non vuol dire rendere difficile od opaco l’accesso ai dati. Altro aspetto che va salvaguardato, ma non tale da ostacolare la condivisione dei dati, è il rispetto nell’uso di dati di ricerca, con un periodo di embargo dei dati e il riconoscimento della fonte, che vanno chiaramente presentati da chi li vuole usare. Insomma L’Advisory Group on Data Access propone di incoraggiare i ricercatori, con il supporto e le risorse di chi finanzia i progetti, di rendere volontariamente disponibili i loro dati agli altri.

Hypertension linked to PDE3Aactivation. Nature Genetics 2015;47:562. Commento dell’articolo pubblicato sullo stesso fascicolo (PDE3A mutations cause autosomal dominant hypertension with brachydactyly. Pg. 647) sull’individuazione del gene che quando mutato è responsabile della sindrome Brachidattilia tipo E con ipertensione arteriosa (MIM #112410) caratterizzata da brachidattilia E, grave ipertensione non dipendente dal sale, aumentata velocità di crescita dei fibroblasti, contatto neurovascolare a livello del midollo rostro-ventrolaterale, alterata regolazione barocettoriale della pressione arteriosa con rischio di morte prima dei 50 anni per i pz non trattati. WES in una famiglia turca con più affetti con l’individuazione di una missenso in PDE3A che codifica una fosfodiesterasi che degrada il secondo messaggero AMP ciclico (cAMP). Il sequenziamento di tutti i 48 pz di sei famiglie (oltre alla turca 5 altre famiglie con più affetti di altre nazioni europee e non europee) non correlate ha consentito di individuare 6 missenso indipendenti raggruppate nell’esone 4 del gene in un dominio altamente conservato. L’attività di PDE3A è direttamente regolata tramite la fosforilazione da parte della protein-chinasi A (PKA) e C (PKC). Una di queste mutazioni, con studi funzionali, risulta aumentare la fosforilazione delle isoforme di  PDE3A (1 e 2) amplificandone l’attivazione e riducendo i livelli di cAMP in alcuni compartimenti. Questo potrebbe essere il meccanismo patogenetico dell’ipertensione, con incremento della resistenza vascolare periferica, e del rischio di stroke; la riduzione di PKA causa un aumento dei livelli del peptide correlato al paratormone che contribuisce alla brachidattilia. La superfamiglia PDE è un bersaglio di più agenti, come PDE5 bersaglio del Viagra per la disfunzione erettile, PDE4 bersaglio di Otezla per l’artrite psoriasica e PDE3 bersaglio del Cilostazolo per la claudicatio intermittens. Quindi possibili risvolti terapeutici per questa sindrome (Cilostazolo, farmaco già in commercio) e per altre patologie.

Mutations in XPR1 cause primary familial brain calcification associated with altered phosphate export. Nature Genetics 2015;47:579 (molti autori con cognomi di molte nazioni, tra cui alcuni italiani che lavorano in USA; questa è “l’America”). La malattia neurodegenerativa chiamata Calcificazione primitiva idiopatica familiare dei gangli della base (PFBC)(m. Fahr) è una rara malattia neurodegenerativa ad insorgenza dopo i 40 anni caratterizzata da sintomi psichiatrici e dei movimenti, anche se alcuni soggetti rimangono asintomatici. Si manifesta con distonia, parkinsonismo, atassia, demenza, corea e disfunzione cognitiva frontale sottocorticale. Alla TC cerebrale si vedono calcificazioni bilaterali dei gangli della base. E’ a trasmissione autosomica dominante e geneticamente eterogenea da mutazioni, in circa la metà dei casi, di SLC20A2, che codifica il trasportatore del fosfato PiT2, di PDGFRB, che codifica il recettore β del fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGFRβ), e di PDGFB, che codifica il ligando di PDGFRβ. In questo lavoro, dopo avere sottoposto all’analisi dell’esoma i membri di una famiglia con più affetti ed avere individuato una mutazione missenso probabilmente causativa del gene XPR1, che codifica un recettore retrovirale con funzione di trasporto del fosfato, sono state trovate mutazioni missenso di tale gene in 6 di 86 famiglie di casi sporadici o con più affetti da PFBC; una di queste mutazioni era la stessa della prima mutazione trovata. Il meccanismo patogenetico è costituito in questi casi da un’alterata omeostasi del fosfato con una sua alterata esportazione.

Analysis of loss-of-function variants and 20 risk factor phenotypes in 8,554 individuals identifies loci influencing chronic disease. Nature Genetics 2015;47:640. Interessante ipotesi di lavoro: classicamente nello studio di associazione genotipo-fenotipo ci si basa sui casi più gravi o ad esordio precoce. L’approccio alternativo di reverse genetics adottato dagli AA di questo lavoro è quello di identificare varianti con gli effetti funzionali più gravi in un campione di persone ben studiate dal punto di vista fenotipico e quindi studiare il ruolo di queste varianti sullo stato di salute e sulle malattie. Ricercate con il sequenziamento esomico varianti con LOF (loss of function) in 8.554 persone di cui si conosce il fenotipo di 20 malattie croniche comuni tra cui diabete mellito e m. cardiovascolari.

Come atteso, varianti LOF di PCSK9 sono associate a bassi livelli di colesterolo e LOF in APOC3 a bassi livelli di trigliceridi, mentre per le altre 8 nuove associazioni LOF comporta un rischio aumentato di malattia. Tra queste ultime una significativa associazione tra varianti LOF di TXNDC5, che codifica un biomarcatore per la progressione del diabete 1, ed elevati livelli glicemici a digiuno e di C1QTNF8 sui livelli sierici di magnesio. E’ prevedibile che studi di associazione analoghi ricorrendo al sequenziamento dell’intero genoma saranno in grado di fornire ancora più utili informazioni sul rapporto genotipo-fenotipo delle malattie croniche comuni.

COPA mutations impair ER-Golgi transport and cause hereditary autoimmune-mediated lung disease and arthritis. Nature Genetics 2015;47:654. WES e sequenziamento mirato in 5 famiglie con una nuova malattia apparentemente mendeliana con elevati livelli di autoanticorpi, artrite infiammatoria e malattia polmonare interstiziale. Identificate 4 varianti localizzate nello stesso dominio funzionale considerate causative del gene COPA, che codifica una subunità del coatomero. Nell’ipotesi che tali mutazioni limitino il trasporto intracellulare tramite il complesso I della coat protein I (COPI)(complesso multiproteico che riveste le vescicole che trasportano le proteine) è stato studiato e verificato che queste in effetti alterano il legame con le proteine pronte per il trasporto retrogrado Golgi-reticolo endoplamatico. Non solo, ma determinano stress del RE, sopraregolano le citochine e stimolano la risposta T DC4 helper (Th17) coinvolti nell’autoimmunità. Questo lavoro sottolinea quindi un rapporto tra trasporto proteico vescicolare e una sindrome di autoimmunità con patologia polmonare ed articolare.

Mutations in KCNH1 and ATP6V1B2 cause Zimmermann-Laband syndrome. Nature Genetics 2015;47:661. La ZLS (MIM #135500)(molti AA italiani) è una sindrome malformativa con ipertrofia gengivale, naso bulboso soffice, padiglioni auricolari inspessiti e soffici, ipo-aplasia ungueale, ipertricosi, iperlassità articolare, epato(spelo)megalia e disabilità intellettiva con o senza epilessia. La sporadicità di buona parte dei casi fa pensare a casi de novo con trasmissione AD. Due traslocazioni cromosomiche hanno suggerito il possibile gene causativo. Il sequenziamento dell’esoma di 5 pz non correlati ha consentito di individuare mutazioni in eterozigosi de novo del gene KCNH1 (canale del calcio voltaggio dipendente) e una stessa mutazione missenso nel gene ATP6V1B2 (subunità B2 della proteina multimerica H+ATPasi) nei restanti 2 pz. Il sequenziamento di KCNH1 in un ulteriore campione di 19 pz ha individuato altri 3 pz con mutazioni missenso. In totale in 8 pz su 24 è presente una mutazione di uno di questi due geni. Non noto il gene dei restanti soggetti. La sindrome ZLS fa parte di un gruppo di condizioni con ampia sovrapposizione, tra cui la s. Temple-Baraister (vedi Articoli Gennaio 2015: Mutations in the voltage-gated potassium channel gene KCNH1 cause Temple-Baraitser syndrome and epilepsy. Nature Genetics 2015;47:73) con condivisione fenotipica e genetica (un continuum fenotipico).

A germline homozygous mutation in the base-excision repair gene NTHL1 causes adenomatous polyposis and colorectal cancer. Nature Genetics 2015;47:668. Frequentemente non si riesce ad individuare la base genetica dello sviluppo di adenoma multipli, che sono i precursori del cancro colorettale.

In questo studio ricorrendo al sequenziamento dell’intero esoma di 51 pz di 48 famiglie con adenoma colici multipli è stata identificata in 7 pz di 3 famiglie una mutazione germinale nonsenso in omozigosi del gene della riparazione per escissione di basi (BER) NTHL1. Nelle tre famiglie la trasmissione del fenotipo adenomatoso è di tipo AR con almeno un membro che ha avuto la progressione a cancro colorettale e tumore premaligno o maligno dell’endometrio. In conclusione mutazioni non senso in omozigosi del gene NTHL1 predispongono ad un sottotipo di adenomatosi poliposica e cancro colorettale associato a difetto di BER.

Dysplastic spondylolysis is caused by mutations in the diastrophic dysplasia sulfate transporter gene. PNAS 2015;112:8064. La spondilolisi è una frequente (3-6% della popolazione) interruzione dell’istmo (parte posteriore dell’arco delle vertebre lombari) compresa tra le apofisi articolari superiori ed inferiori. La forma displasica di spondilolisi (s. Wiltse-Newman tipo 1)(non nel catalogo OMIM) è un frequente (14-21%) difetto congenito della parte interarticolare nelle ultime vertebre lombari e nelle prime sacrali. Si stima che il 10% dei bambini sottoposti ad intervento chirurgico per spondilolistesi (scivolamento di una vertebra sull’altra) abbiano una spondilolisi displasica. Si cerca di distinguere la spondilolisi come anomalia di sviluppo dalla spondilisi acquisita. Il 22% dei familiari di un probando con spondilolisi e spondilolistesi hanno la stessa patologia vs l’8% della popolazione generale suggerendo quindi una base genetica, con ipotizzata trasmissione AR o AD. E’ particolarmente frequente negli eschimesi dell’Alaska. Può essere isolata o sindromica come la forma associata a brachidattilia (MIM #113100) da mutazione del gene GDF5 (proteina morfogenetica derivata dalla cartilagine 1), membro della famiglia BMP della superfamiglia TGF . In una famiglia cinese con più affetti (la sintomatologia è quella di una lombalgia di entità variabile dai 19 ai 41 anni, in alcuni si è dovuto ricorrere con successo all’interventi chirurgico) a trasmissione AD è stata trovata mediante WES una mutazione in eterozigosi non descritta del gene SLC26A2 (gene del trasportatore del solfato). In un ulteriore campione di 30 soggetti con spondilolisi e spondilistesi sono state individuate con Sanger due mutazioni missenso del gene, non descritte, in due soggetti affetti da una patologia che ha richiesto l’intervento chirurgico. Sono stati condotti anche studi funzionali in cellule CHO che dimostrano un ridotto uptake del mutante SLC26A2.

Mutazioni di SLC26A2 sono causa di alcune note condrodisplasie a trasmissione autosomica recessiva come l’acondrogenesi 1B, l’Atelogenesi 2, la Displasia diastrofica e la displasia epifisaria multipla, in cui oltre alla displasia scheletrica in generale sono presenti anomalie della colonna vertebrale. Per le mutazioni identificate in questo lavoro la patologia è limitata alla cartilagine ed al tessuto osseo lombo-sacrale sebbene il gene sia espresso in molti tessuti e nello sviluppo della cartilagine.

Ulteriori studi potranno dirci se l’individuazione precoce di una mutazione di questo gene possa migliorare il management della spondilolisi-listesi prevenendo con la chirurgia le complicazioni delle forme gravi con l’eccessivo scivolamento del corpo vertebrale, la deformazione e i sintomi connessi con la compressione della radice nervosa. E consentire l’individuazione di altri geni causativi sempre per l’individuazione dei soggetti ad alto rischio e quindi la prevenzione delle principali complicazioni (un bel ripasso di anatomia normale e patologica, ndr).

Inherited DOCK2 Deficiency in Patients with Early-Onset Invasive Infections. NEJM 2015;372:2409. L’immunodeficienza combinata è dovuta ad errori congeniti dell’immunità dei linfociti T, principali responsabili dell’immunità adattiva mediata dalle cellule, con difetto sia quantitativo che di funzione, spesso accompagnate anche da alterata immunità umorale. L’effetto è quello di suscettibilità a gravi infezioni e/o autoimmunità. In questo articolo vengono segnalati 5 bambini con una complessa immunodeficienza a comparsa nei primi mesi di vita caratterizzata da infezioni batteriche e virali invasive, linfopenia e difetto di risposta delle cellule T, B e NK. Dopo trapianto allogenico (infusione da donatore) di cellule staminali ematopoietiche due di questi pz sono deceduti mentre gli altri sono migliorati dal punto di vista clinico ed immunitario. In questi 5 pz sono state trovate tramite WES, linkage e mappatura di omozigosità mutazioni bialleliche del gene DOCK2 (dedicator of cytokinesis 2). Sono stati fatti studi in vitro da fibroblasti di pz in cui si è dimostrata un’aumentata replicazione virale e morte cellulare corrette da interferone alfa-2b o dopo espressione del prodotto normale del gene. Quindi una nuova immunodeficienza a trasmissione AR con difetto dell’immunità ematopoietica e non ematopoietica.

X chromosome inactivation unravelled. Nature Reviews Genetics June 2015;16. Segnalazione di un articolo (The Xist lncRNA interacts directly with SHARP to silence transcription through HDAC3. Nature 2015;521:232) sui meccanismi poco noti del silenziamento trascrizionale durante l’inattivazione del  cromosoma X, in particolare sull’identificazione delle proteine che interagiscono con Xist (long non-coding RNA, X inactive-specific transcript).

Error-prone chromosome-mediated spindle assembly favors chromosome segregation defects in human oocytes. Science 2015;348:1143. Nonostante l’effetto sulla fertilità e sullo sviluppo del prodotto del concepimento pochi studi sono stati condotti per capire perché gli oociti umani siano più proni ad errori di segregazione cromosomica rispetto alla meiosi femminile di altri organismi e alla meiosi della spermatogenesi. Sono stati studiati con fluorescenza ad alta risoluzione > di 100 oociti freschi ottenuti da donne sottoposte a stimolazione gonadotropina per la fertilizzazione in vitro. Gli oociti assemblano il fuso meiotico indipendentemente dai centrosomi o da altri centri di organizzazione dei microtubuli. L’assemblaggio del fuso è mediato invece dai cromosomi e dalla piccola guanosina trifosfatasi Ran in un processo che richiede 16 ore (nel topo l’intera meiosi dura 3-5 ore). In questo lungo periodo di assemblaggio del fuso si osserva una considerevole instabilità del fuso e di aggancio cinetocore-microtubuli che favoriscono così errori di segregazione meiotica. Questo potrebbe essere uno dei fattori predisponenti la relativamente frequente aneuploidia anche nelle meiosi di donne giovani.

MODELLI ANIMALI E NUOVE TERAPIE

Disruption of DNA-methylation-dependent long gene repression in Rett syndrome. Nature 2015;522:89. L’alterazione del gene MECP2 causa la s. Rett. Il gene codifica una proteina legante il metil- DNA che funziona come un repressore trascrizionale, ma non è noto come regoli la trascrizione. In questo lavoro ricorrendo a un modello murino mutante di MeCP2 e all’analisi di encefalo di pz con s. Rett si dimostra che le mutazioni di questo gene sono responsabili della disfunzione neurologica alterando specificamente l’espressione di geni lunghi a livello cerebrale.

Use mouse biobanks or lose them. Nature 2015;522:151. Sottotitolo: “Now that genetic engineering of mice is so easy, centralized repositories are essential”. Con le nuove tecniche di genome editing (CRISPR) ora ci vogliono solo mesi e non più anni a preparare un animale portatore della mutazione voluta, non più anni come prima. Ma i laboratori di topi geneticamente modificati hanno difficoltà a mantenerli anche perché i topi possono acquistare nuove caratteristiche o perdere il gene modificato,  quindi non più idonei per la ricerca. E con la probabile esplosione di richieste dobbiamo prepararci ad usare bene le risorse, non sprecarle. Il consorzio del NIH Mutant Mouse Resource and Research Centers (MMRRCs) ha 4.600 mutazioni specifiche nel topo e decine di migliaia di mutazioni congelate in cellule staminali congelate usabili per generare un topo mutante. La nota prosegue con le varie attività della biobanca e termina dicendo che è come una banca con i nostri soldi. Conserva e mantiene i modelli murini pronti per essere usati, curandoli, preservandoli come sono, con controlli genetici di qualità e protezione da patogeni. L’importante (interpretazione personale, ndr) è che non fallisca.

CARATTERI-MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE

The impact of low-frequency and rare variants on lipid levels. Nature Genetics 2015;47:589. Studio GWAS dei caratteri lipidici ematici “arricchito” usando cioè i dati di sequenza del 1000 Genomes Project e quindi usando varianti meno frequenti rispetto ai precedenti sudi (in totale 9.6 milioni di SNP comuni e rare di 62.166 campione di persone di origine europea). Identificati 11 nuovi loci associati ai valori lipidici ematici, con le principali associazioni di SNP poco frequenti che aumentano la proporzione della varianza, soprattutto per le lipoproteine a bassa densità e per il colesterolo totale. Da sottolineare la metodologia adottabile per altri caratteri complessi in quanto efficace per i costi in alternativa al risequenziamento.

The heritable immune system . Nature Biotechnology 2015;33:608. Commento di un articolo su Cell (The Genetic Architecture of the Human Immune System: A Bioresource for Autoimmunity and Disease Pathogenesis. Cell 2015;161:387)(molti AA italiani che lavorano da anni all’estero, ora in UK) che è considerabile passo in avanti per iniziare a capire la complessità delle funzioni del sistema immunitario, le cui conoscenze sono “still rudimentary”. Gli AA hanno esaminato i fenotipi ed i genotipi (GWAS) di 699 gemelle sane identificando circa 78.000 caratteri immunitari e il contributo genetico a tale variabilità.

Fine mapping in the MHC region accounts for 18% additional genetic risk for celiac disease. Nature Genetics 2015;47:577. Il rischio di malattia celiaca, causata dall’assunzione di glutine, è fortemente influenzato da fattori genetici con locus nella regione del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) con i noti alleli HLA-DQA1 e –DQB1. In questo lavoro (12.016 celiaci e 11.920 controlli di origine europea tutti genotipizzati con Illumina Immunochip array) sono stati individuati, tramite una dettagliata mappatura di MHC, altre 5 nuove associazioni ritenute responsabili del 18% del rischio genetico per questa malattia. Considerando tutti i loci noti, inclusi quelli qui individuati e i 57 loci non associati a MHC, la variazione genetica può ora spiegare sino al 48% dell’ereditabilità della celiachia.