Scelta di articoli
di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Dicembre
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
Key
mendelian variants. Nature Genetics 2015;47:1371.
Dice l’Editoriale che per capire la funzione dei geni la via più semplice è
quella di confrontare gli effetti dell’allele mutante rispetto a quello
selvatico. Ma il maggior effetto traslazionale è dato da quelle poche varianti
causa di malattia che consentono di comprendere le differenze qualitative nei
meccanismi patogenetici delle malattie sporadiche comuni. L’applicazione sistematica
del NGS in clinica è ora il modo più efficiente nell’identificare varianti
causa di malattia che non sono identificate ricorrendo agli attuali 55.009 test
genetici disponibili relativi a 5.285 geni in 4.464 disordini (http://www.genetests.org).
E, come ben sappiamo (ma forse è il caso di ricordarlo a qualche collega che si
ostina a non andare più in là di una diagnosi clinica di comodo, ndr), per una famiglia
o persona con una malattia genetica con la diagnosi termina l’odissea
diagnostica che rende possibile programmare uno specifico management medico e prendere
decisioni riproduttive (oltre a fornire in alcuni casi una specifica terapia
sperimentale o già standardizzata, ndr). Ma quali varianti potrebbero favorire
la comprensione della patogenesi delle malattie comuni? Nello stesso fascicolo
è pubblicato un articolo (Multisystem Lewy body disease and the other
parkinsonian disorders . Pg. 1378)
in cui si propone di dare priorità a studi di cellule staminali totipotenti
indotte e a studi geni-ambiente da alleli causa di sottotipi mendeliani di
malattia con corpi Lewy caratterizzata da una patologia simile alla patologia
molecolare ed anatomica del Parkinson sporadico. Il ricorso alla tecnologia
delle iPS, partendo da cellule di pz con un fenotipo clinico ed
anatomopatologico noto e ben standardizzato e con mutazione nota, consentirà di
conoscere le differenze e le somiglianze tra le varie forme di malattia
genetica e di paragonare quanto trovato con i casi idiopatici.
Human genetic
basis of interindividual variability in the course of infection. PNAS
2015:E7118 e
Severe
infectious diseases of childhood as monogenic inborn errors of immunity. PNAS
2015:E7128. Due articoli sulla variabilità
interindividuale su base genetica di suscettibilità o resistenza alle
infezioni. Sappiamo infatti che solo una ridotta proporzione di infettati
sviluppa i segni clinici e che in una ancor più piccola parte l’infezione può
essere letale. E, d’altra parte, sappiamo che ci sono persone esposte che non sono
infettate e, in alcuni casi, questo è un fenotipo mendeliano da genotipo monogenico
del recettore o co-recettore microbico. Il
primo lavoro è un po’ la storia delle basi genetiche, mono- poligeniche,
della immunità, della variabilità delle infezioni e delle malattie da
immunodeficienza, che si sono avvantaggiate da studi nelle piante e negli
animali. Il secondo è una review in cui vengono rivisti i meccanismi
patogenetici di resistenza o suscettibilità. Vi sono tre esempi nell’uomo di
resistenza mendeliana alle infezioni, da Plasmodium vivax (gene DARC,
trasmissione AR identificata nel 1975), da HIV (gene CCR5, AR nel 1996) e da
Norovirus (gene FUT2, AR nel 2003). Per la variabilità clinica alle infezioni viene
riportato come esempio la malattia da suscettibilità alla micobatterio (MSMD), a
lungo ritenuta una forma di suscettibilità idiopatica nonostante la chiara
eredità mendeliana; ora è considerata una vera immunodeficienza, geneticamente
eterogenea con 9 geni di controllo dell’interferone gamma (INF-ϫ), citochina della difesa dell’ospite contro i micobatteri,
con gravità correla con il difetto di INF-ϫ.
I pz vengono trattati con interferone gamma ed antibiotici o con trapianto di
cellule staminali ematopoietiche quando il recettore non funziona del tutto. Vengono
poi presentate le malattie monogeniche da difetto del complemento o della
proteina attivante, properdina, con suscettibilità all’infezioni da neisseria
(tipicamente meningite meningococcica), malattie individuate con l’approccio
del gene candidato su indicazione del difetto biochimico. Ed altre come la
Epidermodisplasia verruciforme, la Malattia linfoproliferativa XL, la
Candidiasi cronica muco-cutanea, la Dermatofitosi invasiva (piede di atleta).
Infine le infezioni monogeniche non medeliane, cioè malattie sporadiche,
presenti in molti pz da mutazione di un gene con penetranza ed espressività
molto variabili, ma con rischio relativo alto tanto da poterle considerare
monogeniche. Tra queste: Tuberculosi (gene IL12RB1 nel 2001), Malattia
pneumococica invasiva (IRAK4 e altri nel 2003), Encefalita da Herpes simplex (UNC93B1
e altri nel 2006), Tripanosomiasi (T. evansi)(APOL1 nel 2006), Micosi invasiva (e.g.,
Candida)(CARD9 nel 2009), Sarcoma Kaposi (OX40 nel2013) e Influenza grave (IRF7
nel 2015). In conclusione le malattie infettive dell’infanzia, una volta
considerate malattie tipicamente ambientali, sembrano invece tra le malattie
umane quelle più geneticamente determinate.
Live births
after simultaneous avoidance of monogenic diseases and chromosome abnormality
by nextgeneration sequencing with linkage analyses. PNAS 2015;112:15964. Titolo promettente. Non puoi sbagliare, si dice nella
sintesi del lavoro, quando selezioni un embrione da impiantare. Quindi devi
applicare tutte le tecniche disponibili per individuare nell’embrione sia SNV
che CNV. Ma come? Con il MARSALA (mutated allele revealed by sequencing with
aneuploidy and linkage analyses) e con la tecnica di amplicazione dell’intero
genoma di una singola cellula chiamata MALBAC (multiple annealing and
looping-based amplification cycles). La tecnica è stata applicata con successo
su biopsia blastocitica in due casi, in uno il padre aveva l’Esostosi multipla
ereditaria tipo II (MIM #133701) da mutazione di EXT2 e nell’altra la madre era
figlia di un affetto fa Displasia ecotermica ipoidrotica tipo 1 (MIM #305101) e
portatrice di mutazione del gene EDA1 (molto interessante la tecnica, che resa
semplice ed economica potrebbe essere adottata per lo screening diagnostico
anche postnatale nei casi senza forte suggerimento diagnostico su base clinica,
ndr).
MALATTIE
NEUROLOGICHE/NEUROMUSCOLARI/NEURODEGENERATIVE/ PSICHIATRICHE
Translational
profiling identifies a cascade of damage initiated in motor neurons and
spreading to glia in mutant SOD1-mediated ALS. PNAS 2015:E6993. La Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS) può essere dovuta a
mutazione del gene SOD1, che è espresso ubiquitariamente. Il meccanismo
patogenetico è un danno dei motoneuroni, la cui degenerazione porta alla
paralisi progressiva, e della glia. Si è ricorsi al sequenziamento RNA e alla
tecnica TRAP (translating ribosome affinity purification) per valutare nei
motoneuroni, astrociti ed oligodendrociti l’evoluzione della malattia del topo
con paralisi simile a quella di ALS da espressione di mutazione SOD1 familiare.
Negli astrociti le alterazioni più precoci riguardano geni dell’infiammazione e
del metabolismo, mentre si osserva solo dopo l’inizio dei segni di malattia la
sregolazione della mielinizzazione e dei pathway di segnale lipidico negli
oligodendrociti. Sembra quindi che nella patogenesi della ALS vi sia una
cascata temporale di danno selettivo cellulare, che inizia nei motoneuroni, che
sono particolarmente vulnerabili all’ accumulo di proteina mutata e alle
anomalie dei pathway cellulari perché sintetizzando alti livelli di SOD e hanno
bassi livelli di chaperoni del reticolo endoplasmatico. Successivamente vi è il
coinvolgimento della glia che porta alla propagazione della malattia.
Ack1 is a
dopamine transporter endocytic brake that rescues a trafficking-dysregulated
ADHD coding variant. PNAS 2015;112:15480.
La Dopamina (DA) è un neurotrasmettitore critico per la locomozione e la ricompensa
cerebrale tanto che la sregolazione dopaminergica è alla base di molte malattie
neuropsichiatriche, tra cui il Parkinson, schizofrenia, ADHD e lo spettro autistico.
Il trasportatore dopaminico (DAT) controlla strettamente i livelli di DA. Molte
sostanze psicostimolanti e molti farmaci antidepressivi e quelli usati
nell’ADHD ne inibiscono la funzione e sono note molte mutazioni di DAT causa di
queste malattie. E’ quindi utile capire i meccanismi che regolano la funzione
di DAT. In questo studio è stato identificato il meccanismo terminale che
controlla la stabilità di DAT sulla superficie cellulare. Tramite una
manipolazione genetica di questo meccanismo è stata annullato l’effetto di una nota
mutazione di DAT associata a ADHD sulla instabilità intrinseca della membrana
da rapido aumento di endocitosi basale.
ADHD
diagnosis in US schoolchildren rose 43% in past decade, study shows. BMJ 2015;351:h6641.
Analisi di prevalenza riportata in USA dai genitori con un’intervista telefonica in
3 differenti periodi da parte del US National Survey of Children’s Health
in una popolazione di 190.408 ragazzi dai 5 ai 17 anni (Collins KP, Cleary SD. Racial and ethnic disparities in parent reported
diagnosis of ADHD: National Survey of Children’s Health (2003, 2007 and 2011). J Clin Psychiatry 2015)(non ho il testo). La prevalenza
riportata è risultata nel 2003 di 8.4%
e del 12.0% nel 2011, con un incremento del 43% e con trend lineare simile in
ragazzi di diversa origine etnica, ma con incremento soprattutto per quelli di
origine latino-americana (83%, P<0.001) e nel gruppo di età 15-17 anni. Lo
studio dei predittori socio-demografici ha rilevato che vivere ai livelli più
bassi di povertà comporta un maggior rischio e questo è particolarmente
significativo perché la percentuale di bambini che vivono sotto ai livelli di
povertà in USA è salita del 26.4% dal 2003 al 2011.
GENETICA UMANA/CLINICA
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PIK-ing the right gene for polymicrogyria. Lancet Neurology 2015;14:1147. Commento di un lavoro
sullo stesso fascicolo (Characterisation of mutations of the
phosphoinositide-3-kinase regulatory subunit, PIK3R2, in perisylvian polymicrogyria:
a next-generation sequencing study. Pg. 1182)(italiani buona parte deli AA) che ha chiarito in parte le basi
genetiche della polimicrogiria perisilviana bilaterale (BPP), la più comune
forma di polimicrogiria regionale. NPP è una condizione geneticamente
eterogenea con coinvolgimento in alcuni casi del gene RTTN (CNV o SNV)(MIM
#614833). Nel lavoro è stata individuata una mutazione, in gran parte dei casi
ricorrente, del gene PIK3R2 (phosphoinositide-3-kinase, regulatory
subunit 2 [beta]) in 20 su 118 bambini con BPP, in 7 di questi 20 la BPP era
isolata e in 13 associata invece ad un quadro compatibile con la sindrome
Megalencefalia-polimicrogiria-polidattilia e idrocefalia (MPPH). La mutazione
era costituzionale in 12 pz, de novo
in 10, in 1 pz ereditata dalla madre affetta e un altro caso presente in due
fratelli da probabile mosaicismo gonadico. In 8 pz la mutazione era in mosaico
presente nel sangue periferico. Sarebbe utile sapere se nei casi negativi sia
presente una mutazione dello stesso gene nel tessuto cerebrale alterato. Il
commento sottolinea che il pathway P13K-AKT-mTOR, in cui PIK3R2 è una subunità regolatoria, è essenziale per la crescita cellulare e
il metabolismo e mutazioni dei geni del pathway TSC1, TSC2, DEPDC5 e AKT3 causano
uno spettro di malformazioni corticali dalla displasia corticale focale sino
all’emimegalencefalia. Interessante anche la considerazione che per il
complesso delle malformazioni corticali avere come bersaglio terapeutico un
pathway piuttosto di una singola proteina costituisce un considerevole
vantaggio per una futura medicina di precisione.
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Bias against genetic case reports
might compromise medicine. Nature
Medicine 2015;21:1378. Una
paginetta da leggere perché stimola la pubblicazione dei casi clinici e la loro
condivisione (ClinVar e ClinGen)(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/). E’ molto utile pubblicare i casi clinici soprattutto se, come
capita con NGS, possono essere riportati solo un paio di casi simili, e il caso
clinico di solito è rifiutato dalle riviste scientifiche. Ecco allora la
possibilità di pubblicazione (e la
consultazione) sulla rivista on-line Molecular Case Studies (http://molecularcasestudies.cshlp.org/content/by/year)(interessante anche la possibilità di riportare
il follow-up di casi già pubblicati). La nota porta un caso concreto: un
persona di 34 anni a cui è stata diagnosticata una malattia genetica,
l’Artropatia pseudoreumatoide dell’infanzia (PPAC) molto atipica, con due casi
con varianti simili del gene WISP3. Si è arrivati alla diagnosi grazie
all’analisi esomica, con il sospetto che si trattasse di una malattia genetica
e non di una grave artrite dopo 30 anni dall’inizio della sintomatologia (in un
caso con la stessa malattia che ho visto tempo fa il reumatologo ha pensato ad
una possibile malattia genetica solo dopo la comparsa di segni simili nel
fratello della probanda, la diagnosi è arrivata con l’analisi del gene
candidato indicato del caratteristico fenotipo scheletrico, ndr).
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De novo
mutations in congenital heart disease with neurodevelopmental and other
congenital anomalies. Science 2015;350:1262.
Il 13% dei neonati con malformazione cardiaca (CHD) ha anche anomalie congenite
extra-cardiache, tra cui il 2% di sindromi genetiche. Il 10% dei bambini con
CHD e la metà di coloro che hanno CHD grave hanno anche ritardo
psico-motorio/deficit cognitivo (NDD). E’ stata quindi formulata l’ipotesi che
queste anomalie anatomiche e funzionali siano dovute ad un deficit circolatorio
in epoca embrionale o iatrogene, cioè dovute agli interventi terapeutici applicati
alla nascita o successivamente.
In questo lavoro sono stati sottoposti a WES 1.213 bambini con CHD (e i loro genitori) non affetti da una
sindrome genetica clinicamente riconoscibile. E’ stata individuata una maggior
frequenza di mutazioni de novo
danneggianti la proteina (LoF o missenso stimate tali con Meta-SVM score- D-Mis)
in tutte le anomalie cardiache, ad eccezione della eterotassia, ed interessanti
geni altamente espressi nel cuore e nel cervello con ruoli nella morfogenesi,
nella modificazione cromatinica e nella regolazione trascrizionale. Queste
mutazioni erano presenti nel 20% dei bambini con CHD, NDD ed anomalie
extra-cardiache e solo nel 2% di coloro che avevano una CHD isolata. Sono stati
identificati 21 geni con mutazioni multiple LoF e D-Mis tra cui 7 noti come
causa di malformazione cardiaca come PTPN11, KMT2D, CHD7, MYH6, JAG1, NOTCH1 e ZEB2.
Particolarmente interessante il coinvolgimento di RBFOX2, regolatore dello
splicing alternativo, perché i 3 pz con mutazione di questo gene hanno la
sindrome del cuore sn ipoplasico (e in letteratura ne è descritto un altro con
tale sindrome e con CNV da delezione coinvolgente RBFOX2). Risulta anche un’evidente
relazione genotipo-fenotipo per quanto riguarda la disabilità del neurosviluppo,
ma questo va confermato con altri studi e modalità. In ogni modo i risultati ottenuti
possono essere utili in ricerca, infatti aver trovato un’alta frequenza di
mutazioni in geni regolatori di trascrizione suggerisce che mutazioni di
elementi regolatori (promotori ed intensificatori) possono essere causa di CHD anche
isolata. E possono essere utili anche in clinica per la sorveglianza ed
interventi precoci e per ottimizzare la resa scolastica e la qualità di vita di
queste persone.
Protective
alleles and modifier variants in human health and disease. Nature
Reviews Genetics 2015;16:689. Sappiamo che circa il 90% delle medicine che entrano in
sperimentazione poi risultano inefficaci per cui sarebbe opportuno un nuovo
approccio che potrebbe consistere nel trovare varianti di sequenza che
favoriscono lo stato di salute, piuttosto che concentrarci su quelle che riteniamo
causa di malattia, e su queste produrre nuovi farmaci. Infatti sappiamo che a
livello genetico ci sono alleli ad effetto protettivo della salute mediato da altre
varianti modificatrici. In questo articolo vengono definiti alleli protettivi
quelli che come agenti terapeutici proteggono dalla malattia con un meccanismo in
genere tramite perdita di funzione della proteina. In questa Review vengono
indicate le varie tappe metodologiche per identificare tali varianti, discusso
il ruolo di modificatori e le metodologia di preparazione di farmaci sulla base
degli effetti protettivi fisiologici delle varianti. E gli sviluppi futuri. In
Tab. 1 l’elenco di queste varianti come quella che conferisce protezione contro
il virus HIV o quella causa di insensibilità al dolore (utile per lo sviluppo
di analgesici) e infine le varianti per le quali non c’è ancora un’indicazione
per l’applicazione terapeutica. In TAB. 2 presentati i risultati
dell’applicazione del NGS su larga scala per identificare varianti protettive
in alcune malattie come l’Alzheimer, la malattia coronarica ed il Diabete tipo
II. Con
una conclusione abbastanza ottimistica e stimolante: “Collectively, the
findings to date have been encouraging and warrant further investment to
provide a roadmap for further therapeutic targets”.
Human
genotype–phenotype databases: aims, challenges and opportunities. Nature
Review Genetics 2015;16:702.
Con il diffondersi dell’uso di ricerca e clinica del NGS in tutto il mondo è
diventato del tutto auspicabile la disponibilità di ampi database (db) dedicati
alla raccolta dei risultati ottenuti, soprattutto sarebbe utile per mettere in
comune i dati sul rapporto genotipo-fenotipo. In Tab. 1 vengono elencati i
principali db dedicati alle malattie dell’uomo, db delle varianti geniche, db
array-CGH, WES e WGS (es. Decipher, PhenoDb), mendeliane e altre m. rare (es.
OMIM, Orphanet), genomica del cancro, GWAS (es. dbGAP) e farmacogenomica (PharmGKB),
con specificati gli scopi, le dimensioni e se sono pubblici, parte di un
consorzio o commerciali. Interessanti le considerazioni su come stia cambiando
il nostro modo di stabilire la patogenicità di una variante; infatti ora con
NGS, a differenza del passato e pensando ad una medicina personalizzata, il
medico che riporta al pz i risultati dovrà ricorrere a più fonti e database di
alta qualità (sia molecolare che clinica) e adottare un più stretto controllo
del processo interpretativo. Da non trascurare il fatto che in alcuni db il 27%
delle varianti della letteratura considerate causa di malattia in realtà queste
non sono corrette o sono incomplete, andando da semplici polimorfismi a errori
di sequenziamento o con scarsa evidenza di patogenicità. Da non trascurare poi che
la definizione fenotipica associata ad una variante spesso è molto scarsa. In
futuro per il NGS sarà la regola ricorrere per l’interpretazione delle varianti
a più fonti di informazioni, informazioni da integrate con quelle del NGS di
intere popolazioni e con i dati delle altre omiche, del contesto ambientale,
dei dati del pathway e degli organismi modello. I db genotipo-fenotipo di nuova
generazione conterranno dati aggregati ed integrati con il ricorso a modelli
matematici di causalità predittiva e personalizzata.
Mutations in NONO
lead to syndromic intellectual disability and inhibitory synaptic defects. Nature
Neuroscience 2015;18:1731. La proteina
NONO (nuclear-binding protein) codificata dal relativo gene localizzato in
Xq13.1, è un importante regolatore della trascrizione in diversi contesti
cellulari. E’ stata applicata l’analisi esomica in due maschi di famiglie diverse
con disabilità intellettiva sindromica con corporatura esile, macrocefalia,
dismorfismo facciale caratteristico, timidezza ed anomali cerebrali come grosso
corpo callo e scarso sviluppo cerebellare. Sono state individuate due diverse
mutazioni (una di splicing e un’inserzione di un singolo paia di basi) del gene
NONO, una terza persona con mutazione con perdita di funzione di NONO era stata
precedentemente riportata in letteratura. La conclusione è stata quindi di
mutazioni patogene. E’ stato verificato cosa succede nel topo con perdita di
funzione del gene: come nell’uomo osservata una deregolazione globale della trascrizione
associata a ridotta ampiezza del ritmo circadiano, con fenotipo caratterizzato
da diminuita memoria spaziale e segni di alta ansietà associati ad anomalie
come appiattimento nasale, ipoplasia cerebellare ed altre simili a quelle dei
pz. A livello cerebrale sono stati documentate specifiche alterazioni delle
sinapsi inibitorie. In conclusione NONO è un nuovo possibile gene-malattia del
neurosviluppo e la famiglia Drosophila/Human splicing protein (DBHS), che
comprende NONO, PSPC1 (paraspeckle component 1) e SFPQ (splicing
factor proline/glutamine-rich), ha un ruolo chiave nella organizzazione
funzionale delle sinapsi GABAergiche.
Should
DNA donors see genomic data? Nature 2015;528:167. Sembra
di sì, alcuni lo hanno fatto, come le compagnie genetiche che vendono
direttamente al consumatore, come 23andMe, che già danno alle persone
sottoposte a test genetico i loro dati grezzi, senza che vi siano stati
problemi di sorta.
ΔF508 CFTR interactome remodelling promotes rescue of
cystic fibrosis. Nature 2015;528:510. La delezione della fenilalanina
508 del gene della fibrosi cistica (ΔF508 CFTR) è la mutazione più frequente di questa
malattia. Il canale anionico CFTR mutato è incompletamente glicosilato ed ha
una minima attività nelle cellule bronchiali dei pz, deficit che per motivi non
noti può essere in parte corretto con la bassa temperatura o l’inibizione delle
istone deacetilasi. In questo lavoro mediante l’analisi dell’interattoma di
CFTR e di ΔF508 CFTR è stato possibile
identificare interattori molecolari di CFTR e specifici di ΔF508 CFTR, che in corso di
correzione subisce un cospicuo rimodellamento. L’analisi di questo fenomeno di
rimodellamento ha consentito di individuare nuovi interattori la cui perdita
favorisce la restituzione della funzione della proteina mutata nelle cellule
epiteliali primarie con la mutazione. Lo studio dell’interattoma di CFTR
consente quindi di concludere che il fenotipo della fibrosi cistica è una
diretta conseguenza del “deragliamento” dell’intero network di interazione
proteica in presenza di ΔF508.
Germline variant FGFR4 p.G388R
exposes a membrane-proximal STAT3 binding site. Nature 2015;528:570. La variante rs351855-G/A è un comune SNP
dell’esone 9 del gene del recettore del fattore di crescita dei fibroblasti (FGFR4),
con sostituzione di un aminoacido (p.Gly388Arg) nel dominio transmembrana,
variante fortemente associata all’accelerazione della progressione di alcuni
tumori (scheletro, mammella, colon, prostata, cute, polmone, sarcoma dei
tessuti molli, linfoma non-Hodgkin). Non se ne conoscono i meccanismi molecolari,
che vengono in parte chiariti dimostrando che in vivo questa variante germinale determina un’acquisizione di
funzione della proteina con un potenziamento del segnale STAT3.
Neofunction of
ACVR1 in fibrodysplasia ossificans progressiva. PNAS 2015;112;15438. La fibrodisplasia ossificante progressiva (FOP, MIM
#135100) è una rarissima malattia genetica da mutazione di ACVR1, recettore
della proteina morfogenetica dell’osso (BMP), caratterizzata da malformazioni
congenite degli alluci (valgismo, monofalangismo, malformazione del primo
metatarso) e da ossificazione eterotopica progressiva in caratteristici siti
extrascheletrici come muscoli scheletrici, tendini, legamenti rendendo
impossibile i movimenti. Sono stati proposti in passato due meccanismi
patogenetici. In questo lavoro ne viene proposto un terzo di formazione
ectopica di osso ricorrendo a studi in
vitro e in vivo di cellule
mesenchimali stromali (MSC) derivate da cellule staminali totipotenti indotte
di pz con FOP e da iPSC in cui è
stato corretta la mutazione causa di malattia. La proteina ACVR1 mutata è in
grado di trasmettere il segnale alla Activina-A. Un possibile target
terapeutico di una malattia che ora non è curabile.
A new role for
dystrophin in muscle stem cells. Nature Medicine 2015;21:1391. Commeno
di un lavoro sullo stesso fascicolo (Dystrophin
expression in muscle stem cells regulates their polarity and asymmetric
division. Pg.
1455) i cui risultati portano, in base a studi in vitro, a concludere che la distrofina
oltre a quanto già noto della sua funzione nel mantenere l’integrità delle
miofibrille ha anche un’importante funzione sulla generazione dei progenitori
miogenici necessaria per un’adeguata rigenerazione muscolare.
Human telomere
biology: A contributory and interactive factor in aging, disease risks, and
protection. Science 2015;350:1193.
I telomeri sono complessi dinamici e strettamente regolati che hanno sede nelle
parti terminali dei cromosomi e sono costituiti da breve ripetizioni di DNA
posizionate in tandem associate a proteine protettive. La loro presenza impedisce
la riunione delle due estremità, le ricombinazioni o processi di riparazione
del DNA che causano instabilità cromosomica. Nelle divisioni cellulari la
lunghezza dei telomeri è dovuta all’azione di una telomerasi. In molti tipi di
cellule umane con il tempo si riducono i livelli di telomerasi e questo evento
è accompagnato da patologie legate all’età e alla morte. Ma oltre all’età vi
sono sia cause genetiche (anche monogeniche, per ora 11 geni-malattia) che
ambientali causa di anomalie del mantenimento di queste strutture, che possono
essere anche tessuto specifiche, e che interagiscono tra loro. Le forme monogeniche
(chiamate sindromi telomeriche ereditate in genere in modo AD) interessano i
geni i cui prodotti sono componenti della telomerasi (TERC, TERT, DKC1, NOP10,
NHP2 e WRAP53) o proteine leganti i telomeri che hanno un effetto protettivo su
questi (TINF2, RTEL1, POT1, CTC1 e TPP1): hanno come segni clinici la perdita
di funzione immunitaria tramite perdita delle riserve di cellule staminali
midollari, alcuni tipi di cancro, fibrosi polmonare, disturbi
gastro-intestinali, cirrosi epatica e malattie neuropsichiatriche; spesso sono
associati un invecchiamento ed incanutimento precoce, diabete m., infarto
miocardico e pigmentazione cutanea (vedi CASO CLINICO Spigolature Dic 2015).
Quali sono i fattori ambientali? Stress psicologico cronico, ambiente sociale,
depressione e fumo e, di notevole interesse come risulta da recenti ricerche, sembra
che appropriati interventi atti a cambiare lo stile di vita ed attenuare lo
stress e la depressione siano efficaci a mantenere della lunghezza dei telomeri.
In
questa Review vengono considerati i vari aspetti genetici e clinici dei
telomeri per verificare se nell’uomo il loro accorciamento sia la causa o
l’effetto della malattia e delle sindromi dell’invecchiamento. Le conoscenze
attuali ci dicono che in realtà l’accorciamento dei telomeri, evento
misurabile, è sia il promotore che il risultato della causa e della
progressione della malattia e che in alcune situazioni si produce un circolo
vizioso che interagisce con altri meccanismi patologici.
Mitochondrial
dysfunction and longevity in animals: Untangling the knot. Science
2015;350:1204. Review sul rapporto
disfunzione mitocondriale ed invecchiamento, disfunzione ritenuta la causa di
tale processo. In realtà le cose sono più complesse perché la disfunzione dei
mitocondri non è sufficiente per causare l’invecchiamento ed i ROS (specie
reattive dell’ossigeno) prodotti dei mitocondri non sono in ogni caso prodotti
tossici ma possono avere effetto stimolante sui pathway della longevità. Quindi
la disfunzione mitocondriale ha un ruolo più complesso di quanto ritenuto nel
regolare la longevità.
CANCRO E GENETICA
CLINICA
***
Defining Why Cancer Develops in Children. NEJM
2015;373:2373. Editoriale che commenta un articolo sullo stesso
fascicolo (Germline Mutations in
Predisposition Genes in Pediatric Cancer. Pg. 2336) sulla ricerca di
mutazione germinale di geni che predispongono al cancro in età pediatrica. Dopo il primo gene, quello del
Retinoblastoma nel 1986, ne sono stati individuati più di 100 e ora con
l’applicazione delle tecniche di associazione genome-wide ne sappiamo sempre di
più. Ora la domanda è: perché il cancro si manifesta in età pediatrica
specialmente in coloro che hanno una familiarità negativa? In questo lavoro gli
AA hanno ricercato in 1.120 bambini con diversi tipi di cancro mutazioni germinali
ricorrendo al NGS ma limitando l’analisi genetica a 60 tumori ereditari a
trasmissione AD (NB non sono state fatte analisi genetiche nei genitori).
Nell’8.5% dei casi è stata trovata una mutazione patogena di uno di questi geni
candidati (il 10% in un altro studio con minore numerosità). Ma qui, grazie
alla tecnica adottata, sono stati individuati 4 pz in mosaico su 95, mosaicismo
che sarebbe sfuggito all’analisi genetica standard. In oltre il 50% dei casi il
gene è risultato il TP53 con evidenza di una mutazione biallelica, gli altri
geni hanno contribuito con percentuali del 6% o meno (tra questi ci sono 12
geni delle RASopatie) e senza evidenza di mutazione biallelica.
Altro dato interessante il fatto che
solo nel 40% dei 95 pz c’era familiarità di tumori, proporzione uguale a quella
risultata in un gruppo di 100 persone senza mutazione germinale degli stessi
geni. Potrebbe esserci stata nella selezione dei pz un vizio di accertamento
verso forme gravi ma secondo gli AA la proporzione di mutazioni germinali in
bambini con cancro è compresa tra il 5 e il 10%. Giustamente l’Editoriale
sottolinea che l’analisi è stata focalizzata solo su un limitato numero di geni
e non ha riguardato le regioni non codificanti. Va anche sottolineato che il
tumore in età pediatrica è meno soggetto rispetto a quello in età adulta o
successiva ad influenze ambientali e quindi ogni informazione che deriva o
deriverà (rianalisi dei dati di WES/WGS) sarà utile per individuare nuovi geni
e per rispondere ad alcune prevedibili domande: un bambino portatore di
mutazioni di un gene che da’ predisposizione a cancro in età adulta (APC, BRCA1
e 2)(tra questi 95 b. ce ne sono 6 con mutazioni di APC e 6 di BRCA2) è a
rischio di tumori in età pediatrica? (una questione importante che riguarda ad
es. che dire nel counseling di un incidental finding trovato applicando WES in
un bambino, ndr). Come può il mosaicismo germinale influenzare la penetranza? Qual’è
il decorso prevedibile? Quante sono le de
novo e quante ereditate? Quale interazioni con polimorfismi dello stesso
gene o di altri geni? Tutti i bambini con cancro vanno sottoposti a NGS, per un
appropriato counseling ma anche per una possibile medicina di precisione?
Mutations in
the transcriptional repressor REST predispose to Wilms tumor. Nature
Genetics 2015;47:1471. Il tumore Wilms è il più frequente
tumore maligno renale. In 4 famiglie con più membri affetti da Wilms e in 9
casi non familiari (di età tra i 6 mesi e i 6 anni) sono state trovate con
l’analisi esomica 11 diverse mutazioni inattivanti del gene REST (encoding RE1-silencing
transcription factor) e in due tumori ne è stata individuata una seconda del
gene senza però aver potuto precisare se in cis
o in trans, questo comunque
suggerisce che REST possa agire come soppressore di tumore nel Wilms. REST è un
fattore di trascrizione zinc finger che agisce sulla differenziazione cellulare
e sullo sviluppo embrionale, le cui mutazioni trovate sono raggruppate nel
dominio di legame al DNA e l’analisi funzionale conclude che compromettano la
repressione trascrizionale del gene. Con sequenziamento di REST in 519 bambini
con Wilms sporadico è stata trovata una mutazione di REST nel 2% dei casi,
frequenza simile a mutazioni del gene WT1 (il gene noto per essere causa del
Tumore Wilms 1 (MIM #194070) e fattore di trascrizione zinc finger richiesto
per la formazione del sistema genito-urinario e del tessuto mesoteliale, OMIM).
Questi risultati hanno un impatto clinico
immediato perché suggeriscono di procedere con l’analisi molecolare,
soprattutto in caso di familiarità di Wilms (dice il lavoro ma questo è ovvio,
e nei casi clinicamente sporadici? Ndr) per la diagnosi presintomatica nei
familiari (e nella discendenza, ndr) per la sorveglianza nelle persone a
rischio.
ETICA
Reform of Clinical Research Regulations, Finally. NEJM
2015;372:2296. In USA dal 1974 sono state stabilite
delle regole governative per proteggere le persone oggetto di ricerca (45 Code of Federal
Regulations 46)(45 CFR 46). Successivamente ne sono state aggiunte altre per
proteggere gravide, feti, neonati, bambini e carcerati (questi ultimi erano molto
frequentemente reclutati per partecipare a sperimentazioni cliniche, ma ora non
è più possibile a meno che la ricerca non riguardi espressamente la situazione
carceraria). Queste nuove regole, poi modificate negli anni successivi, fanno
parte di quello che ora si chiama Common Rule. Vi sono state ampie discussioni
sull’efficacia e sull’efficienza delle norme e ultimamente è stata costituita una
commissione per preparare i nuovi suggerimenti, commissione che ha concluso i
suoi lavori lo scorso Settembre con un documento che è stato reso pubblico e
commentabile sino ai primi di Febbraio 2016. Cosa cambia? Interessa tutte le
sperimentazioni cliniche umane con fondi federali eccetto quelle regolate dalla
FDA. Consenso informato abbreviato con focalizzazione delle “essential
information that a reasonable person would want to know” (giusto! Lo facciamo
adottare anche alle nostre banche? Ndr) con ulteriori dettagli forniti in
appendice. I ricercatori devono informare i partecipanti che i campioni
biologici potrebbero, se è il caso, entrare nel circuito commerciale, se
vogliono essere informati di dati clinicamente rilevanti ed anche chiedere se
possono essere ricontatti (ricordate il documento del 2010-11 del GdL di
Genetica Clinica SIGU “Continuità assistenziale in Genetica
clinica: il ricontatto”?), documento messo entro 60 gg nel sito federale. Terzo:
nuovo consenso per ricerche secondarie successive utilizzando materiale
biologico o informazioni che comprendono dati sensibili raccolti per ricerca o
clinica. Quarto: previste quattro differenti tipi di ricerca per
l’applicazione, per una non si applica la regolamentazione, una è esentata
(ricerca a basso rischio per i partecipanti), una velocizzata ed una a cui si
applica in pieno. Quinto: revisione continua per aggiornare le regole ai
cambiamenti. Sesto: un singolo institutional review board
per la valutazione di progetti multicentrici, con l’eccezione di alcune
situazioni come ad es. collaborazioni interazionali. Ed altro.
MODELLI ANIMALI E NUOVE TERAPIE
Gene therapy for
age-related macular degeneration. Lancet 2015;386:2369. La terapia della degenerazione maculare, patologia frequente in
incremento di prevalenza, consiste in iniezioni endoculari ripetute per tutta
la vita e molto costose di un inibitore dell’attività del fattore di crescita
vascolare endoteliale (VEGF) per prevenire l’anomala crescita vascolare
retinica che causa alla fine perdita di visione. Quello segnalato è l’Editoriale di un lavoro sullo
stesso fascicolo (Gene therapy with recombinant adeno-associated vectors for
neovascular age-related macular degeneration: 1 year follow-up of a phase 1
randomised clinical trial. Pg. 2395) che presenta i risultati del follow-up di 1 anno di una terapia genica di
sperimentazione clinica in fase I per verificare l’effetto di una singola
somministrazione di un gene codificante una molecola (sFLT-1), inibitore
naturale di VEGF, tramite vettore virale (AAV). La terapia genica oculare è
stata ben tollerata e non ha comportato effetti avversi (ClinicalTrials.gov, number NCT01494805).
Palmitoyl
acyltransferase Aph2 in cardiac function and the development of cardiomyopathy.
PNAS
2015;112:15666. La palmitoilazione delle proteine, modificazione
dinamica post-traduzionale della proteina che regola la localizzazione, il
traffico e l’interazione delle proteine, è un processo reversibile ad opera dalle
palmitoilproteina tioesterasi ed ha un ruolo critico sulla struttura e funzione
cardiaca. In questo lavoro nel topo si dimostra che Aph2 (Ablphitin 1), una
palmitoil transferasi, ha come substrato il prodotto del gene ardiomiopatia
familiare ipertrofica 18 (PLN) MIM #613874, ndr). Alcune delle anomalie
cardiache del topo Aph2 -/- possono essere corrette con l’ablazione di PLN. Il
gene Aph2 ha dunque un importante ruolo regolatorio non solo della funzione
cardiaca, ma anche per lo sviluppo di altri organi come l’occhio.
Latent
tri-lineage potential of adult hippocampal neural stem cells revealed by Nf1
inactivation. Nature Neuroscience 2015;18:1722. Nell’ippocampo adulto le cellule staminali
endogene (NSC) sono considerate in grado di produrre in vivo neuroni ed astrociti. Nel topo l’inattivazione della
neurofibromina (proteina codificata del gene NF1 che quando inattivata causa la
Neurofibromatosi tipo 1, MIM #162200) comporta la slatentizzazione di una terza
linea cellulare costituita dagli oligodendrociti. Le NSC sono quindi intrinsecamente
tripotenti e questa linea è selettivamente bloccata dalla funzione del gene NF1
selvatico. Questo (oltre a farci conoscere un’inattesa funzione del gene NF1 e
di riflesso il suo possibile contributo nel deficit di apprendimento
frequentemente presente in questa malattia, ndr) potrebbe contribuire a
migliorare le nostre conoscenze sulla plasticità delle cellule staminali ed
aprire la strada a eventuali terapie che agiscano in vivo su blocchi intrinseci di differenziazione cellulare.
Loss of
motoneuron-specific microRNA-218 causes systemic neuromuscular failure. Science
2015;350:1525. Nei topi si dimostra che microRNA-281
è espresso nei motoneuroni in via di sviluppo. I topi mutanti senza miRNA-281
muoiono alla nascita con il fenotipo della malattia dei motoneuroni dell’uomo,
come difetto della giunzione neuromuscolare, ipereccitabilità e progressiva
perdita dei motoneuroni. Si conclude che gli mRNA bersaglio di miR-2018 fanno
parte di un network neuronale di geni che è selettivamente represso nei
motoneuroni per prevenire la patologia neuromuscolare e la neurodegenerazione.
GENOME EDITING
Stepping toward therapeutic CRISPR. PNAS
2015;112:15536. Commento
di un articolo (Synthetic CRISPR
RNA-Cas9–guided genome editing in human cells. PNAS 2015;E7110) sulla
tecnica rivoluzionaria dell’editing genomico. Nel lavoro viene proposta una
nuova tecnica per migliorare il potenziale terapeutico utilizzando un
CRISPR-RNA (scrRNA) sintetico.
Editing the genome—will society catch up with science? Lancet 2015;386:2446. In queste ultime settimane vi sono stati due meeting importanti per la
medicina riproduttiva e per la genetica medica con notevole impatto sulla
nostra società. L’International
Summit on Human Gene Editing in Washington, DC, USA, in cui si è concluso che è
opportune che continui la ricerca clinica dell’editing genico delle cellule
somatiche ma che sarebbe da irresponsabili proseguire con l’applicazione
clinica dell’editing germinale senza valutarne appieno i rischi e i benefici e
senza un ampio consenso dell’intera società. D’altra parte al meeting a Londra
del UK’s Progress Educational Trust, che ha coinvolto molti partecipanti al
meeting di Washington, si è fatto presente che UK ha tutte le competenze
scientifiche, organizzative e il supporto parlamentare per introdurre l’editing
somatico e delle cellule germinali. Viene fatto l’esempio per l’UK della
tecnica di donazione di mitocondri, nel caso di donne portatrici di mutazioni
mitocondriali, che dopo anni di dibattiti scientifici e pubblici è stata, per
la prima volta in tutto il mondo, a consentirla per legge.
Ora con la possibilità di trasformare
cellule somatiche in germinali, che danno luogo nel topo ad embrioni e nati,
questo limite tra editing somatico e germinale potrebbe essere meno netto.
Il commento conclude dicendo che è
meglio provare a gestire piuttosto che evitare una tecnica per i rischi che
comporta, i pz e le loro famiglie spingono per la disponibilità di nuovi
trattamenti.
UK’s approval
of mitochondrial donation shows how decisions on gene editing can be made. BMJ
2015;351:6745. Come fare per risolvere la questione
se sia o meno opportuno l’editing genetico su embrioni umani? Fare come è stato
fatto, in UK, per la donazione di mitocondri (Three-parent babies) approvata
dopo più di 10 anni di proposte e discussioni dal Parlamento lo scorso 29
Ottobre. I 3 giorni dell’International Summit on Human Gene Editing di Dicembre a Washington DC, pur con molte
cautele, non ha escluso che si possa ricorrere al gene editing nell’uomo. Si
commenta che questi dibattiti con pareri contrastanti hanno sempre preceduto ogni
avanzamento della tecnologia riproduttiva. La
domanda finale:” We modify everything: our diet, our
environment, our climate. Why not ourselves?”.
Germline editing dominates DNA summit. Science
2015;350:1299, International Summit on Human Gene Editing dei primi di Dicembre a Washington DC.
Viene un po’ fatta la storia di questa tecnica che ha reso possibile “The unthinkable has become
conceivable” con ricercatori cinesi che hanno usato tale tecnica in embrioni
umani non vitali, il che ha scatenato vaste critiche, anche se poi ricercatori
inglesi si sono riproposti di rifare l’esperimento (peraltro mal riuscito,
ndr). Vi è comunque quasi unanime accordo nell’utilizzare la tecnica nelle
cellule somatiche, mentre vi è un ampio dibattito sul “produrre” bambini
ricorrendo all’editing delle cellule germinali, con alcuni che parlano di
“eugenetica” e altri che invece sostengono che può essere fatto perché la
riproduzione è una “lotteria genetica” che può dare luogo a bambini con
malformazioni o malattie e ora è possibile correggere gli errori genetici ed
avere bambini senza quella malattia. Ma, dicono alcuni, abbiamo per questo la
diagnosi prenatale preimpianto senza ricorrere all’editing; sì, viene risposto,
ma potrebbe risultare che nessuno degli embrioni sia normale e poi cos’è più
etico “to edit embryos or screen a lot of embryos and throw many away”? Si
sottolinea comunque un importante dato tecnico perché l’editing, per quanto se
ne sa ora, potrebbe causare mutazioni in altre sedi o addirittura mutare
l’allele selvatico ed inoltre il ricorso agli embrioni potrebbe portare ad un
mosaicismo genetico. In ogni modo, anche se alcuni sono ottimisti per l’impiego
di questa tecnica negli embrioni umani, altri (uno degli organizzatori
del meeting) suggeriscono molta cautela. Oltre alle questioni tecniche ci sono,
forse ancor più contrastanti, quelle legislative tanto che una partecipante
alla fine ammette che “the ‘science’ of regulation is more precarious and
uncertain than the science of gene editing”.
Vedi anche Making the cut. Science 2015;350:1456
con il sottotitolo “CRISPR genome-editing technology shows its power”. Secondo
rapporto sulla riunione che sottolinea soprattutto l’uso nelle cellule
somatiche.
Scientists
call for moratorium on clinical use of human germline editing. BMJ
2015;351:h6603. Sempre
sulla riunione.
CARATTERI-MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
HLA-DRB1*11 and
variants of the MHC class II locus are strong risk factors for systemic
juvenile idiopathic arthritis. PNAS 2015;112:15970.
Studio di associazione (locus MHC) in 9 popolazioni indipendenti di caso-controllo
con pz affetti da artrite idiopatica giovanile sistemica (sJIA). Varianti
genetici nel cluster genico MHC di classe II modificano significativamente il
rischio di malattia, il maggior fattore di rischio è costituito da HLA-DRB1*11
che in ogni popolazione dà un rischio doppio di malattia.
Interessante
anche perché si suggerisce un ruolo patogenetico a molecole di HLA che hanno un
ruolo critico nel sistema immunitario adattivo.
Diabetes in the post-GWAS era. Nature Genetics 2015;47:1373. Commento di un
articolo sugli studi di associazione dell’intero genoma (GWAS), sui suoi limiti
e su come superarli, che contrariamente a quanto si è portati a credere, non
individua geni malattia ma solo loci, cioè regioni genomiche che contengono una
o più varianti che interessano il rischio di malattia. Nel lavoro sullo stesso
fascicolo che viene commentato (Genetic fine mapping and genomic annotation defines causal
mechanisms at type 2 diabetes susceptibility loci. Pg. 1415) gli AA hanno mappato con notevole precisione i loci
associati al Diabete mellito 2 (T2D) ricorrendo Metabochip (che copre i loci
associati a caratteri metabolici, cardiovascolari ed antropometrici) di 27.206
casi con T2D e 57,574 controlli). Le varianti trovate sono state confrontate
con elementi regolatori del DNA e della cromatina e si è risusciti a definire i
meccanismi molecolari tramite i quali le varianti trovate associate influenzano
il rischio di malattia.
A genome-wide
association study confirms PNPLA3 and
identifies TM6SF2 and MBOAT7 as risk loci for
alcohol-related cirrhosis. Nature Genetics 2015;47:1443. L’eccessivo consumo di alcool è causa di cirrosi epatica,
che costituisce come frequenza la seconda causa di trapianto. Applicando la
tecnica di associazione GWAS in ampie (quasi 2.000 pz e più di 2.000 controlli)
popolazioni indipendenti di soggetti di discendenza europea viene confermata
l’associazione con PNPLA3 (adiponeutrina) e trovata associazione significativa
con MBOAT7 (proteina transmembrana) e TM6SF2 (proteina transmembrana). Questi
tre loci hanno un ruolo nel processo del metabolismo lipidico e questo
suggerisce che il turnover lipidico è importante per la patogenesi di questa
malattia.
Multi-ancestry
genome-wide association study of 21,000 cases and 95,000 controls identifies
new risk loci for atopic dermatitis. Nature Genetics 2015;47:1449. Risultati dell’analisi GWAS di un ampio campione
multicentrico di pz con dermatite atopica. Sono stati identificati 10 nuovi
loci con geni coinvolti nell’immunità innata e nella funzione delle cellule T,
fatto che sottolinea il contributo importante autoimmunitario nella patogenesi
della dermatite atopica.
Genetic
association analyses implicate aberrant regulation of innate and adaptive immunity
genes in the pathogenesis of systemic lupus erythematosus. Nature
Genetics 2015;47:1457. GWS in un campione di 7.219 pz con
lupus eritematoso sistemico (e 15.991 controlli) di discendenza europea: trovati
43 loci di suscettibilità, tra cui 9 nuove associazioni. Tra questi loci vi è
un eccesso di fattori di trascrizione, questo suggerisce che in questa
patologia vi è una sregolazione di geni del network in più tipi cellulari con
coinvolgimento della risposta immunitaria sia innata che adattativa.
