Scelta di articoli
di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Gennaio
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
Mutations
in the voltage-gated potassium channel gene KCNH1 cause Temple-Baraitser
syndrome and epilepsy. Nature Genetics 2015;47:73.
Mosaicismi, microsegni e consulenza genetica. La s. Temple-Baraister (TBS)(MIM
%611816) è una rara sindrome dismorfica caratterizzata da deficit intellettivo,
epilessia e segni morfologici che fanno pensare alla diagnosi (pediatri e
genetisti clinici vedetevi le foto dei pollici ed alluci, che sono sempre da
guardare, ndr). E’ sporadica e rara, per cui non se ne conosce la base genetica
(ha il segno % in OMIM). Studio: WES da sangue e saliva di 6
pz e 4 pz con genitori. Trovate mutazioni de novo di KCNH1 che fa parte della sottofamiglia del canale
del potassio voltaggio dipendenti H membro 1, prevalentemente espresso nel SNC.
Studi in vivo (rana acquatica Xenopo liscio) e in vitro
(cellule umane) dimostrano che la mutazione causa una più bassa soglia di
attivazione e una deattivazione ritardata con effetto di acquisizione di
funzione. Il topo KO ha solo modica iperattività e catalessi indotta
dall’aloperidolo.
Dall’anamnesi è risultato che due madri
avevano solo epilessia e niente altro. Questo ha portato a rianalizzare i loro risultati
di WEB: ambedue erano state definite come omozigoti normali,
ma in realtà la rianalisi ha consentito di individuare una piccola proporzione
di letture con lo stesso allele del figlio affetto. La conferma è avvenuta con sequenziamento
selettivo ad alta copertura (40.000) dell’esone interessato: in un caso la
mutazione è stata individuata nel 4.7%, 3.4% nei fibroblasti e 4.5% nella
saliva, mentre nel secondo caso nel 13.6% nel sangue. Questo dimostra, insieme
ai dati della letteratura per varie condizioni, che la causa di malattie del
SNC, tra cui l’epilessia, possono essere dovute a mutazioni in mosaico (il che
induce ad un’analisi accurata di NGS).
UK gears up to decode 100 000 genomes from NHS
patients. Lancet
2014;385:103. Illumina ha annunciato che sarà possibile
sequenziare l’intero genoma di una persona al prezzo di 1.000 D USA in un paio
di giorni con una sola macchina e con pochi tecnici. Genomics
England, una compagnia del Department of Health, ha annunciato un’iniziativa
che rivoluzionerà il Sistema sanitario inglese: verranno sequenziati entro il
2017 100.000 genomi di 75.000 pz con malattie rare, malattie infettive e cancro
e di 25.000 tumori. Verranno coinvolti 11 centri di Medicina Genomica per
consentire di integrare questa iniziativa genomica con il sistema sanitario. Il
costo del sequenziamento dell’intero genoma è ora equivalente a quello di un
solo test genetico fatto nel SSN. Anche il sequenziamento targeted, il
passo diagnostico successivo alla procedura diagnostica sinora seguita, non
consente di individuare mutazioni di geni con effetto fenotipico imprevedibile.
Il commento continua precisando che l’iter di portare queste nuove tecniche
diagnostiche nella pratica clinica è molto lento, non è una novità perché in
medicina le innovazioni ci mettono in media 17 anni per entrare nella pratica. Si
fa cenno poi agli aspetti di condivisione dei dati (meglio un progetto
internazionale, suggeriscono alcuni), alla necessità di preparare Genetisti
clinici di “ultima generazione” che possano interpretare i dati che escono, agli
aspetti etici (risultati inattesi o di difficile interpretazione). “Completion of the 100 000 Genomes
Project will mark, not the beginning of the end but perhaps the end of the beginning
of the genomic revolution in health care”.
Precision-medicine
plan raises hopes. Nature 2015;517:540. La medicina personalizzata (“di
precisione” mi piace poco, perché di preciso in natura c’è solo il numero di
cromosomi, e non sempre, ndr). Obama nel suo discorso al Congresso sullo stato
dell’Unione lo scorso 20 Gennaio ha detto: “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”, ponendo la
medicina di precisione tra le 4 priorità nel budget del 2015.
David Ledbetter promette che il network
di ospedali e cliniche (Geisinger Health System, Danville, Pennsylvania)
intende reclutare 200.000 dei 3 milioni di “consumatori” per sequenziarne
l’esoma e integrare i risultati con i dati sanitari. Hanno già sequenziato
l’esoma di 20.000 persone alle quali forniranno i risultati dell’analisi e i
rischi sanitari correlati. E altre iniziative del genere con la raccomandazione
“ to
collaborate, rather than duplicate and compete in an inefficient way”
(italiani, impariamo, ndr).
Margaret
McCartney: Direct to consumer genetic testing—is all knowledge power? BMJ 2015;350:h439.
Aggiunta a quanto commentato lo scorso Dicembre con l’articolo Personal
genome service launches in UK. BMJ 2014;349:g7435. In sintesi 23andMe ha
lanciato in UK un servizio di Personal genetic testing diretto al consumatore che
al costo di € 158
fornisce una risposta che riguarda più di 100 malattie o caratteri. Sono stati
sentiti pareri diversi, alcuni non del tutto negativi. L’A, che è un general
pratictioner e un membro eletto del consiglio nazionale del Royal College of General
Practitioners,
aggiunge il suo commento prendendo spunto da quanto riportato nel sito di 23and
Me: “Knowledge is power”. In questo sito si sottolinea che uscirà una gran
massa di dati genetici per caratteri con un fattore di rischio minimo e che comprendono
oltre alla Febbre Mediterranea, anche “breast morphology” and “norovirus
resistance”. Si sa che i pz tendono a sovrastimare i benefici degli interventi
medici e a sottostimarne i rischi. Chi spiega e come si interpretano gli attesi
falsi positivi, falsi negativi non solo in termini probabilistici ma anche nel
loro significato clinico? Se ti trovano resistente al norovirus (gastroenterite
acuta non batterica, ndr) che fai, ti lavi meno le mani? Se ti trovano il
Fattore V Leiden non prendi la pillola? (Ho assistito però anni fa ad un
drammatico esito per una ragazza che prendeva la pillola per una patologia
cutanea e si è saputo dopo la sua morte che in famiglia c’era questa variante,
ndr). O la predisposizione alla malattia celiaca?
Un buon argomento dell’A, sollevato per
altre iniziative forzate dei laboratori privati: quando una compagnia privata
offre uno screening senza che ci sia evidenza di beneficio e senza una
decisione individuale condivisa chi paga per gli effetti che si producono sul
NHS?
E
infine: 23andMe has been funded by, among others, Google, the Roche Venture
Fund, and Johnson and Johnson Innovation. 23andMe says that it “may share
anonymised and aggregate information with third parties.” E l’A commenta: “are
we sure that we know what we are buying into?”
MALATTIE
NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE
***
Modeling the
course of amyotrophic lateral sclerosis. Nature Biotechnology 2014;33:45. Commento
di un articolo sullo stesso fascicolo (Crowdsourced
analysis of clinical trial data to predict amyotrophic lateral sclerosis
progression. Pg.
51) sull’uso di un’analisi computazionale di un gran numero di
pz con ALS per conoscere meglio la progressione della malattia. Guardando la
letteratura si potrebbe pensare che sappiamo tutto (età media di inizio sui 60
anni, maschi più frequentemente affetti, sopravvivenza 3-5 anni), ma in realtà
l’esperienza degli AA dice che l’età di inizio va da 17 a 95 anni, alcuni pz
vivono meno di 2 anni altri più di 7 anni. E anche quanto sappiamo sulla
patogenesi (il 10% dei pz ha una malattia genetica indistinguibile dai casi
sporadici, da mutazione di geni diversi con diversi meccanismi patogenetici) ci
dice che non è un’unica condizione e quindi vi possono essere esiti almeno in
parte diversi.
Questa incapacità di previsione del
decorso oltretutto ostacola grandemente l’interpretazione delle sperimentazioni
cliniche. In questo lavoro vengono presentati i risultati ottenuti con l’approccio
crowdsourcing ingaggiando scienziati di diverse specialità per risolvere un
problema biomedico complesso. E’ stata coinvolta un’associazione senza fine di
lucro di pz con ALS (Prize4Life), che ha aiutato a sviluppare un database
clinico PRO-ACT, che contiene i dati demografici resi anonimi, clinici, di
laboratorio e di misure di outcome riabilitativo di 1.822 pz. Database usato
per lo sviluppo dell’algoritmo e la sua validazione. Ai partecipanti sono stati
forniti i primi dati su cui preparare l’algoritmo, che poi è stato verificato
sulla sua capacità predittiva. L’algoritmo che ha vinto ha dimostrato di
ridurre significativamente la deviazione dalla prevista curva del punteggio ALS
Functional Rating Scale (ALSFRS), di prevedere il decorso lento o rapido e,
importante, l’individuazione di biomarcatori dell’evoluzione. In più è stato
stimato che l’applicazione di questo algoritmo consentirà, nel programmare una
nuova sperimentazione clinica, di ridurre del 20% il numero di pz da reclutare.
Ma non solo, la speranza è con lo sviluppo di questi modelli si possano capire
meglio i meccanismi patogenetici e rallentare o arrestare il decorso della
malattia.
Safety, tolerability, and efficacy
of PBT2 in Huntington’s disease: a phase 2, randomised, double-blind, placebo-controlled
trial. Lancet Neurology 2015;14:39. PBT2, un analogo di 8-idrossi chinolina, agisce come uno chaperone sintetico per
rilocalizzare rame, zinco e ferro da dove sono abbondanti a localizzazioni
subcellulari dove possono essere carenti. Questi metalli sono molto abbondanti
nel cervello e il rame e lo zinco importanti per la funzione delle sinapsi
glutamminergiche. Nella m. Huntington nell’uomo e nel modello transgenico di
topo vi è un’aumentata concentrazione nel SNC di marcatori di stress ossidativo
con aumentata concentrazione di metalli di ferro e rame redox-attivi che
possono favorire l’aggregazione della huntingtina mutane. Vi sono vari studi
sia in vitro che in vivo (modello di topo e C. Elegans) in cui il PBT2 riduce
l’aggregazione di huntingtina, migliora la funzione motoria e rallenta
l’atrofizzazione cerebrale. Lo stesso nell’Alzheimer. Nel lavoro sono riportati
i risultati di una sperimentazione clinica nell’uomo di 26 settimane
randomizzata a doppio cieco (PBT2 e placebo) di 109 adulti (≥25 anni) in uno stadio precoce di Huntington. Osservato un
miglioramento cognitivo nel gruppo dei trattati. Il farmaco è stato generalmente
ben tollerato. I potenziali benefici sulla funzione esecutiva vanno confermati
con uno studio più ampio.
Con commento Criteria
for success in safety and tolerability trials. Lancet Neurology 2015;14:24.
Genetics of
Parkinson’s Disease. Cell 2015;160:570. SnapShot. “Istantanea” della
genetica della m. Parkinson. In Tabella
i geni causa della malattia e i possibili pathway in cui operano. Noti 11 geni
della malattia monogenica, sia tipica che atipica: 8 di questi con trasmissione
AR e 3 geni a trasmissione AD. Recentemente descritto un gene (RAB39B) con Parkinson XL ad insorgenza
precoce e disabilità intellettiva. Elencati altri geni del cosiddetto
Parkinsonismo. Con GWAS identificati 24 nuovi loci di rischio senza che di
questi siano noti i geni e loro mutazioni. I pathway che gli studi GWAS
indicano riguardano la regolazione leucocitica/linfocitica, la guida assonale,
l’adesione focale e il segnale del calcio.
STEP61 is a
substrate of the E3 ligase parkin and is upregulated in Parkinson’s disease. PNAS
2015;112:1202. PARK2, gene coinvolto nel Parkinson sporadico
e familiare codifica una E3 ubiquitina ligasi. Sebbene è noto da tempo che
mutazioni di PARK2 sono una delle più frequenti cause di m. Parkinson giovanile
AR (PARK 2, MIM #600116), non se ne conosce il meccanismo fisiopatologico. In
questo studio in vitro di encefalo di
topo KO si dimostra che parkina regola i livelli di STEP (PTPN5) tramite il
sistema proteasomico ubiquitina. Nel PARK2 aumentano i livelli di STEP e vi è
una sottoregolazione delle proteine sinaptiche richieste per la plasticità
neuronale (molto bella e chiara la Fig. 7).
AUTISMO
Prescribing splicing. Science 2015;347:124. Perspective
di una ricerca (The human splicing code reveals
new insights
into the genetic determinants of disease. Pg. 144). Il meccanismo di splicing (ndr, bella
da lezione la Fig. della Perspective e la concisa definizione: “the process by
which intervening sequences in the primary transcript (introns) are excised and
the remaining sequences (exons) concatenated together to form the mRNA
sequence”) è strettamente regolato e consente di produrre differenti isoforme
proteiche in vari tessuti. La
regolazione è dovuta a proteine che legano l’RNA in specifiche sequenze
dell’mRNA, e differenze nucleotidiche (es. A o C) possono modificare la
funzione di sequenze regolatorie e cambiare il rapporto delle diverse isoforme.
L’applicazione di un modello in silico
che predice tale regolazione per ogni sequenza di mRNA ha portato
all’identificazione di migliaia di mutazioni causa di malattia (SMA, cancro del
colon non poliposico, autismo: interessante l’identificazione di varianti che
favoriscono lo skipping dell’esone 7 del gene SMN2 causando una proteina non
funzionante, vedi A splicing magic
bullet. Science 2014;345:6249)(selezione articoli Agosto 2014). La
tecnica descritta consente quindi di comprendere meglio le cause genetiche
delle malattie.
GENETICA UMANA/CLINICA
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Cystic
fibrosis genetics: from molecular understanding to clinical application. Nature
Reviews Genetics 2015;16:45.
Venticinque anni dopo la scoperta del gene della FC la genetica ha ancora un
ruolo importante nella ricerca di questa comune malattia mendeliana (si calcola
che in tutto il mondo ci sono ca. 75.000 pz con questa malattia), così come in
altre malattie mendeliane. In questa Review vengono sottolineati i recenti
progressi nella comprensione dei meccanismi patogenetici, delle cause della
variazione fenotipica e dello sviluppo ed applicazione di nuove terapie.
Bellissima la figura 1 e i dati del contributo dei geni modulatori
che varia da organo o funzione colpita, massimo contributo nel rischio e
nell’età di comparsa del diabete o dell’ostruzione intestinale e minimo
nell’insufficienza esocrina. Per la terapia “Cystic fibrosis is now
positioned to reap the dividends of personalized medicine as variant-specific
therapy is deployed, and a growing understanding of the genetic and
environmental modifiers of cystic fibrosis enables targeting of individual risk
factors”. E la diagnosi è in genere precocissima
prima che si instaurino danni essendo in genere individuata in epoca neonatale
con lo screening. E gli effetti si vedono (Cystic fibrosis patients now live 20
years longer than in the 1990s, Canadian study shows. BMJ 2014;349:g6884)(Spigolature Novembre 2014).
Origins of Cystic Fibrosis Lung Disease. NEJM 2015;372:351. Review che presenta i più recenti
risultati sullo studio della patologia polmonare nella FC focalizzando
soprattutto il periodo neonatale. Risultati ottenuti dalle informazioni
raccolte dai modelli animali, soprattutto nel maiale che ha un fenotipo molto simile
a quello dell’uomo: ileo da meconio, distruzione pancreatica, cirrosi biliare
focale, atresia dei vasi deferenti, microvescica urinaria ed alterata omeostasi
glucidica. La comprensione dei meccanismi patogenetici della patologia delle
vie respiratorie, che condiziona considerevolmente la morbilità e la mortalità,
consentirà di adottare manovre preventive che miglioreranno la qualità e la
durata della vita dei pz con questa malattia.
***
TFIIH-dependent
MMP-1 overexpression in trichothiodystrophy leads to extracellular matrix alterations
in patient skin. PNAS 2015;112:1499
(AA quasi tutti italiani). La matrice extracellulare (ECM) è un complesso
network strutturale che circonda le cellule nel connettivo e include 3 diverse
macromolecole come le proteine fibrose (collagene e fibre elastiche), le glicoproteine
(fibrolectina e laminine) e i glicosamino-proteoglicani.
La diversa composizione di questi componenti conferisce al tessuto le sue
proprietà. ECM non è solo una struttura di supporto ma ha anche funzioni
fondamentali di controllo cellulare (adesione, migrazione, proliferazione,
differenziazione e sopravvivenza) ed è coinvolta nell’omeostasi tissutale,
nello sviluppo, nella riparazione tissutale e nell’infiammazione. Quindi sue
alterazioni strutturali o metaboliche sono causa di specifiche malattie congenite
connettivali (OI, Ehlers-Danlos, s. Marfan), ma anche acquisite (metastasi). Di
recente è stata rilevata una ridotta sintesi di COL6 nelle colture di
fibroblasti nella Tricotiodistrofia (TTD, MIM #601675), malattia AR in cui sono
colpiti vari tessuti ed organi, come capelli, cute (ittiosi), e in cui vi è deficit
fisico e intellettivo, neurodegenerazione, invecchiamento precoce e, in metà
dei pz, fotosensibilità cutanea da alterata risposta cellulare agli UV per un
difetto del pathway di riparazione del DNA. I geni di questa fotosensibilità
codificano XPB, XPD e p8/TTDA, subunità del fattore di trascrizione IIH
(TFIIH). Le mutazioni causa di TTD determinano, a livello cellulare,
un’alterata funzione di TFIIH nella trascrizione NER (Nucleotide Excision
Repair) e basale. In più sembra interferiscano con il ruolo di TFIIH nella
regolazione trascrizionale. I geni-malattia delle sindromi UV sensibili, TTD e
di XP (Xeroderma pigmentoso), codificano per subunità dello stesso complesso
TFIIH ma hanno fenotipi molto diversi, con suscettibilità del cancro nello XP.
Lo studio in vitro, su fibroblasti di
pz TTD e dei loro genitori (come controlli), osserva nei pz una specifica
sovraespressione di metalloproteinasi 1 (MMP-1) che causa una degradazione del
collagene I. Questo spiega i segni clinici della malattia (alterazioni
scheletriche, anomalie della gravidanza e assenza di cancro cutaneo nonostante
l’accumulo di lesioni non riparate di DNA), segni clinici in comune con
l’Osteogenesi Imperfetta da mutazioni di COL1.
Risvolto
terapeutico: la sovraespressione di MMP-1, responsabile dell’alterata
migrazione cellulare tipica di TTD; potrebbe essere controllata con un suo
inibitore.
A proposito di riparazione del DNA:
PAXX, a paralog
of XRCC4 and XLF, interacts with Ku to promote DNA double-strand break repair. Science
2015;347:185. Si dimostra che PAXX (PAralog of
XRCC4 and XLF, chiamato anche C9orf142) è un nuovo componente del NHEJ (non homologous end joining -
ricongiungimento delle estremità della rottura) della riparazione del DNA.
***
Independent
role for presynaptic FMRP revealed by an FMR1 missense mutation associated with
intellectual disability and seizures. PNAS 2015;112:949. Il fenotipo della s. Fragile X è tipicamente quello di una
disfunzione cognitiva con associate anomalie comportamentali e sociali
(autismo), difetti neurologici (convulsioni ed anomalie del sonno) ed anomalie
morfologiche (facciali e macroorchidismo). In >99% dei casi la mutazione del
gene FMR1 è l’espansione di una tripletta di origine materna che silenzia il
gene. Rare le delezioni e le mutazioni puntiformi. E’ stato individuato in un
gruppo di maschi con deficit intellettivo negativi al test di espansione un pz
con un fenotipo parziale (disabilità intellettiva ed epilessia
farmacoresistente) da mutazione missenso (R138Q), che parzialmente altera la
funzione presinaptica della proteina senza interferire con la capacità di
regolazione della sintesi proteica di numerosi canali del potassio regolati dal
voltaggio in diversi circuiti cerebrali. Questo porta a concludere che le
funzioni presinaptiche e postsinaptiche della proteina codificata sono
indipendenti e che la perdita della funzione presinaptica è alla base di alcuni
specifici segni clinici della sindrome.
Migraine pathophysiology: lessons
from mouse models and human genetics. Lancet
Neurology 2015;14:65. Review sull’emicrania
che è una comune malattia neurovascolare multifattoriale caratterizzata da
episodi debilitanti di severo mal di testa con nausea, vomito e ipersensibilità
alla luce, ai suoni ed agli odori per oltre 3 giorni e in un terzo dei soggetti
da aura focale transitoria. Coesistono con l’emicrania la depressione e
l’epilessia, e i farmaci usati per queste due patologie sono usati anche per
l’emicrania. Chi ha emicrania è poi a rischio di infarti cerebrali e cardiaci,
e questo suggerisce una componente vascolare all’emicrania.
Si ritiene che vi sia una discreta componente
genetica (60%), con un 40% di fattori non genetici (fluttuazioni ormonali,
traumi ecc.).
Analisi GWAS hanno individuato 13 varianti associate
legate a geni dei pathway della trasmissione glutammatergica, della funzione
sinaptica e della sensibilità al dolore, delle metalloproteasi e dei vasi, con
interazioni complesse e ciascuno con effetto limitato. Ci sono 4 malattie
mendeliane di emicrania che possono farci capire meglio la sua patogenesi
(Table 2): Arteriopatia cerebrale AD con infarti subcorticali (NOTCH3), Angiopatia con
retinopatia vascolare e disfunzione degli organi interni (TREX1) ed Emicrania
familiare emiplegica e la sporadica (CACNA1A, ATP1A2, SCN1A).
Topi transgenici con una di queste mutazioni hanno
un fenotipo simile con un’aumentata neurotrasmissione glutammatergica,
ipereccitabilità cerebrale ed aumentata suscettibilità di diffusione della
depressione corticale, che è il correlato elettrofisiologico dell’aura e
possibile stimolo che causa l’emicrania.
Interessante e a favore della patogenesi
multifattoriale il rapporto tra fluttuazioni ormonali ed emicrania nel topo,
proprio come nell’uomo. Quindi la possibilità di adottare misure profilattiche
non solo per l’emicrania ma anche per le altre co-patologie, come l’epilessia,
la depressione e l’ictus.
Functional MRI of migraine. Lancet
Neurology 2014;14:81. Review sugli aspetti alla RM
funzionale dell’emicrania.
A recurrent de
novo mutation in KCNC1 causes progressive myoclonus epilepsy. Nature
Genetics 2015;47:39 (molti pz ed AA italiani). Le
epilessie miocloniche progressive (PME) sono un gruppo di malattie clinicamente
e geneticamente molto eterogenee, gravi, caratterizzate da mioclonie (breve
contrazione di uno o più muscoli) d’azione, convulsioni tonico-cliniche e
deterioramento neurologico progressivo. Buona parte sono a trasmissione AR,
rara la AD e mitocondriale. La più comune è la m. Unverricht-Lundborg
(ULD; MIM #254800), in cui non c’è il declino cognitivo, da mutazione
del gene CSTB e da altri come SCARB2 e
GOSR2. Altre PME sono invece accompagnate da demenza.
I geni causa di PME codificano proteine coinvolte nella funzione endosomiale e
lisosomiale, con meccanismi patogenetici poco noti. In molti casi non viene
identificato il gene responsabile anche perché mancano segni indicativi della
singola condizione.
La ricerca riguarda l’applicazione di
WES in 84 pz con PME (70 sporadici e 14 familiari) cercando mutazione causative
AR, AD (de novo), XL e del mtDNA. Trovate mutazioni causative nel 31% (26) dei
casi, con una mutazione (c.959G>A) de novo e un gene
predominante (KCNC1). Questa è l’unica mutazione di questo gene nel campione di
pz. In una successiva coorte di 28 pz con PME lo screening di questa mutazione
ha consentito di identificare altri e pz, anche questi de novo. KCNC1 codifica una subunità del canale del potassio
regolato dal voltaggio, che ha una funzione importante nel firing rate di alta
frequenza neuronale.
Dieci pz (degli 84) hanno una mutazione di geni noti
come causative di PME (NEU1, NHLRC1, AFG3L2, EPM2A, CLN6, SERPINI1). In quattro casi sono
state trovate mutazioni di geni non noti per essere causa di PME (riscontro
abbastanza comune nel WES, ndr), come
PRNP, SACS e TBC1D24. In un
caso trovata una mutazione di SCN1A (gene malattia della s. Dravet, epilessia
mioclonica infantile), e l’inclusione nel campione PME è dovuta ad una
predominante sintomatologia mioclonica nella fase iniziale della malattia.
Quindi considerevole ruolo delle mutazioni
dominanti nella PME e una migliore conoscenza dello spettro fenotipico di
mutazioni di alcuni geni.
Mutations in the deubiquitinase gene USP8 cause
Cushing’s disease. Nature
Genetics 2015;47:31. La m. Cushing è dovuta ad un adenoma
ipofisario secernente grandi quantità di ACTH responsabile della secrezione
eccessiva dei glucorticoidi surrenalica
con conseguente aumento ponderale, alterazioni cutanee, miopatia e sterilità;
se non trattata (chirurgia transfenoidale)
è causa di morte per infezioni e malattie cardiovascolari. Raramente è parte di
sindromi genetiche tumorali come MEN1, l’Adenoma ipofisario isolato familiare,
la s. McCune-Albright e il Complesso Carney. A differenza dell’adenoma
surrenalico indipendente dall’ACTH, causa anche questa di s. Cushing (Constitutive
Activation of PKA Catalytic Subunit in Adrenal Cushing’s Syndrome. NEJM
2014;370:1019)(Selezione
articoli Marzo 2014, ndr) non sono state trovate mutazioni somatiche negli
adenomi. Dati recenti è stato dimostrato che il recettore del fattore di
crescita epidermico (EGFR) è espresso negli adenomi ipofisari attivi e che il
pathway mediato da EGFR è essenziale per la sintesi del precursore di ATCH
(Pomc). Gli AA, basandosi sui risultati ottenuti nei pz con l’adenoma surrenalico
ACTH indipendente, hanno applicato la stessa metodologia (WES) in 10 pz con s.
Cushing su campioni di sangue e tumore (adenoma corticotropo ipofisario). In 4
adenomi su 10 sono state trovate mutazioni del gene USP8 deubiquitinasi, tutte localizzate in un dominio di
legame proteico 14-3-3 che
causano un aumento del clivaggio proteolitico e dell’attività catalitica di
USP8. Ne consegue un’aumentata deubitinazione del recettore EGF ostacolandone
la regolazione e aumentando il segnale EGF. In sintesi mutazioni dominanti di
USP8 causano la m. Cushing tramite l’attivazione del segnale EGFR.
Gene-gene and gene-environment interactions detected
by transcriptome sequence analysis in twins. Nature Genetics 2014;47:88.
L’espressione genica è un fenotipo cellulare che fornisce informazioni sullo
stato funzionale della cellula. E’ un carattere complesso perché dovuto
all’interazione tra gene ed ambiente. Capire l’architettura genetica
dell’espressione genica costituisce una tappa intermedia per conoscere l’architettura
genetica delle malattie complesse. Le tecnologie di sequenziamento dell’RNA
consentono ora di quantificare l’espressione genica e di misurare l’espressione
allele-specifica (ASE), che si ritiene mediata da varianti regolatorie in cis, quindi poco influenzata
dall’ambiente e che può aiutarci a capire meglio la variabilità genetica. In
questo studio sono state cercate le cause di ASE misurando il contributo
relativo dei fattori genetici ed ambientali proponendo un modello biologico di azione
ricorrendo al sequenziamento della frazione mRNA dei trascrittomi di 4 diversi
tessuti di 400 paia di gemelli. Viene proposto, in base ai risultati ottenuti,
un modello in cui ASE richiede la variabilità genetica in cis, ma i cui effetti in termini quantitativi dipendono da
fattori genetici in trans e da
fattori ambientali che agiscono con le varianti in cis. Questo modello ha delle implicazioni per l’interpretazione
degli effetti delle varianti di malattie complesse identificate con GWAS,
varianti che nell’80% dei casi sono ritenute varianti regolatorie.
The Amyloidogenic V122I Transthyretin Variant in
Elderly Black Americans. NEJM 2015;372:21. Il 4% degli
afro-americani è portatore in eterozigosi di una missenso (V122I) della
proteina transtiretina, che riduce la stabilità dei tetrameri della proteina
causando deposizione di monomeri di transtiretina malripiegati responsabili
della miocardiopatia restrittiva amiloide, insufficienza cardiaca e morte. La
malattia, AD con penetranza dell’80%, si manifesta
nella sesta decade di vita ad età >60 anni. In questo lavoro, dopo aver
identificato tramite screening genetico del gene i portatori della missenso
(124/3.856
afroamericani), si è voluto verificare la morbilità e la mortalità nei
portatori e non portatori e la prevalenza di anomalie strutturali e funzionali
cardiache oltre la sesta decade di vita. Dopo oltre 21 anni di follow up si
conclude che la mortalità è uguale nei due gruppi.
La missenso è associata
significativamente a rischio di insufficienza cardiaca (RR 1.47 con IC 95%
1.03-2.10 e P 0.04). Al controllo ecocardio (anni 2011-2013) ad età >65 anni
i 46 portatori avevano una peggiore funzione sistolica e diastolica e maggiori
livelli di peptide natriuretico cerebrale rispetto ai controlli (1.194). Ma
comunque avevano una bassa prevalenza (7%) di chiara miocardiopatia amiloide. Quindi
il decorso clinico associato alla variante V122I è meno grave rispetto a quanto
prima stimato (ottima informazione per la consulenza genetica, ndr).
TBX6 Null Variants
and a Common Hypomorphic Allele in Congenital Scoliosis. NEJM 2015;372:341. La scoliosi (curvatura laterale
>30°) congenita da malformazione dei corpi vertebrali interessa 1nato vivo
su 2.000. Ha una componente genetica, ma le mutazioni di geni causativi hanno
una penetranza molto bassa rendendo difficile la comprensione dei meccanismi
patogenetici, la diagnosi genetica ed il counseling. Le delezioni in 16p11.2
sono rare ma ricorrenti e possono essere presenti in pz con autismo o obesità,
ma varianti del numero si copie (CNV), soprattutto ma non solo delezioni, sono
presenti in una bassa proporzione di pz con anomalie morfologiche vertebrali.
Indagate con CGH, PCR quantitativa e sequenziamento 161 persone
(cinesi Han) con scoliosi congenita sporadica. Trovata in 17 (11%) una
mutazione in eterozigosi con perdita di funzione del gene TBX6:
una delezione in 12 e una SNV (1 non senso e 4 frameshift) in 5. Il fenotipo
dei soggetti con queste mutazioni è quello di alterazioni vertebrali tipo emivertebre.
Ma la discordanza fenotipica dei portatori della CNV nell’ambito della stessa
famiglia suggerisce che questo non è l’unico fattore causale. Infatti l’analisi
genetica ha identificato in tutti i 17 pz un comune aplotipo TBX6, che è quindi
considerato come il secondo allele causativo. Questo modello di eterozigosi
composta (rara mutazione con perdita di funzione e allele ipomorfo) di TBX6 è
stato poi successivamente confermato in un altro gruppo di pz con scoliosi.
(Vedi anche MIM #122600, ndr).
Multiple-System Atrophy. NEJM 2015;372:249. L’Atrofia
multisistema (prevalenza 3.4
- 4.9 casi: 100.000, e per età >40 anni di 7.8:100.000) è una rara
e complessa patologia neurodegenerativa progressiva caratterizzata da una
variabile associazione tra segni parkinsoniani, cerebellari, autonomici, e
piramidali e include entità cliniche come l’atassia olivo-ponto-cerebellare, la
Degenerazione striato-negrale e la s. Shy-Drager sulla base degli aspetti
neuropatologici che sono aggregati citoplasmatici di α-sinucleina (vedi Mutations in COQ2 in Familial and
Sporadic Multiple-System Atrophy. NEJM 2013;369:233)Recensione Marzo 2014)(Efficacy and safety of rifampicin for multiple system
atrophy: a randomised, double-blind, placebo-controlled trial. Lancet Neurology
2014;13:268)(Articoli Marzo 2014). Usualmente si manifesta
nella sesta decade di vita ed ha una sopravvivenza media di 6-10 anni. In
questa ottima Review vengono considerati gli aspetti epidemiologici,
eziologici, patogenetici, clinici, diagnostici e terapeutici.
Human mutations
in methylenetetrahydrofolate dehydrogenase 1 impair nuclear de novo thymidylate
biosynthesis. PNAS 2015;112:400.
Recentemente sono stati descritti pz con aumentata omocisteinemia, ridotta
metioninemia, SCID (immunodeficienza combinata severa), anemia megaloblastica e
anomalie neurologiche da mutazione biallelica del gene MTHFD1 che codifica
l’enzima folato dipendente metilene tetraidrofolato deidrogeneasi 1 (malattia
non riportata in OMIM). In questo lavoro ricorrendo ad analisi su fibroblasti
di pz con questo difetto enzimatico si rileva che queste mutazioni con perdita
di funzione riducono la sintesi de novo
del timidilato, aumentamo i livelli di uracile nel DNA e aumentano
l’instabilità genomica. Questi risultati forniscono importanti informazioni sul
ruolo di MTHFD1 nella biosintesi del timidilato e nei meccanismi
eziopatogenetici della SCID e dell’anemia megaloblastica. Informazioni utili
per suggerire, forse, un indirizzo terapeutico in queste patologie:
supplementazione timidinica e ridotto apporto di glicina (contenuta in
particolare nella soia, pesci, carne e formaggi, ndr).
Mutant
glucocerebrosidase in Gaucher disease recruits Hsp27 to the Hsp90 chaperone
complex for proteasomal degradation. PNAS 2015;112:1137. M. Gaucher (GD1: MIM #230800)(1:1000 negli ebrei
askenaziti, 1:50.000 nella popolazione generale): mutazione recessiva del gene
Glucocerebrosidasi-beta acida (GCasi) con accumulo di glucocerebroside nei
lisosomi dei macrofagi, che quindi crescono di dimensioni con aspetto
caratteristico e sono chiamati cellule di Gaucher. Vi sono tre fenotipi con
diversa gravità per mutazioni dello stesso gene (non si sa perché), che causano
nella mx parte dei casi un malripiegamento della proteina. Tale anomalia
determina la mancata identificazione chaperonica di Hps90, che stimola la
degradazione proteica prematura tramite complessi proteasomici. Questo studio,
analizzando fibroblasti di pz con m. Gaucher, dimostra il reclutamento di Hsp27
al complesso Hsp90 che è specifico per la proteina GBA malripiegata. Il KO di
ambedue i relativi geni o la loro inibizione farmacologica aumenta il livelli di
GCasi. Quindi la riduzione di Hsp27 è in grado di prevenire la prematura degradazione
della proteina e potrebbe essere una potenziale arma terapeutica per questa e
altre malattie da malripiegamento proteico.
Fanconi Anemia
and Associated Proteins. Cell 2015;160:354. SnapShot. Istantanea dell’Anemia Fanconi, un gruppo di malattie
genetiche (almeno 17 geni, in tabella in ordine di frequenza come causa della
malattia), in cui oltre all’insufficienza midollare con progressiva riduzione
delle cellule staminali ematopoietiche, che in genere si sviluppa nei
primissimi anni di vita, sono presenti deficit di crescita staturale, anomalie
scheletriche, instabilità genomica e predisposizione ad alcuni tipi di cancro. I
geni fanno parte del pathway della riparazione di legami covalenti tra due
filamenti complementari di DNA (interstrand cross links, ICL) che sono
altamente citotossici e che si producono da metaboliti endogeni come aldeidi
reattive o da farmaci come il cisplatino. Il pathway interessa anche altre
proteine che non sono associate alla A. Fanconi.
BIOLOGIA
Resolving the complexity
of the human genome using single-molecule sequencing. Nature
2015; 517:608. Vi sono più di 160 gap eucromatici di
cui non si conoscono le varianti strutturali. Proposta una nuova tecnica che
può chiarire questi “buchi neri” del nostro genoma.
Real-time
resolution of point mutations that cause phenovariance in mice. PNAS
2015;112:E440. Metodo e sistema informatico, Linkage
Analyzer, per rendere più rapido ed efficiente la tecnica “forward genetics” (metodo
classico della genetica) con cui si espongono animali da esperimento a un
mutagene per causare una mutazione germinale causa di varianti fenotipiche, per
identificare i geni indispensabili per i fenomeni biologici (“reverse genetics”
invece studia quali fenotipi risultano da una particolare sequenza genica). Ma
l’identificazione della variante causale è impegnativa (tempi e costi) e
avviene molto dopo aver riconosciuto il fenotipo. Il metodo descritto nel topo
ha l’unica limitazione nel tasso di produzione del mutante e nello screening.
MODELLI ANIMALI E NUOVE TERAPIE
***
HDAC inhibition
imparts beneficial transgenerational effects in Huntington’s disease mice via
altered DNA and histone methylation. PNAS 2015;112:56. Alcune malattie neurologiche hanno come meccanismo
patogenetico comune alterazioni epigenetiche e sregolazione trascrizionale. Sono
in corso sperimentazioni cliniche in fase 1 e 2 con inibitori di istone
deacetilasi (HDAC) di ultima generazione che hanno un’alta penetrazione nel SNC
e con minori effetti sfavorevoli e sono proposti come terapia per l’Atassia
Friedreich. Sono anche stati testati inibitori selettivi di HDAC1 e HDAC3 in
diversi modelli murini di m. Huntington (HD) con buoni risultati sul calo
ponderale, disfunzione motoria e sul declino cognitivo. Il meccanismo di azione
di questi inibitori, limitatamente alle scarse conoscenze disponibili, sembra
essere un’aumentata acetilazione degli istoni in generale e in specifici loci
che determinano una struttura cromatinica più “rilassata” facilitando quindi la
trascrizione genica.
Nel
lavoro si dimostra che l’inibizione di HDAC modifica lo stato di metilazione
del DNA nei fibroblasti di pz con HD e nelle cellule spermatiche nel topo HD
transgenico insieme a modificazioni di espressione genica legata alla
metilazione. Gli effetti di modificazione spermatiche sono transgenerazionali,
con topi in F1 (prima generazione) di genitori HD trattati, rispetto ai figli
di HD di controllo, con fenotipo più lieve. Questi risultati potrebbero avere
un notevole impatto per l’uomo perché dimostrerebbero che l’esposizione nei
genitori a farmaci può modificare il fenotipo di malattie nei figli, anche in
modo positivo.
Si
sottolinea anche il ruolo in questo fenomeno di Kdm5d (lysine (K)-specific
demethylase 5D), il cui gene è a localizzazione Y, che fa pensare a “conversazioni
incrociate” tra i vari meccanismi epigenetici.
Synthetic
lethal screening in the mammalian central nervous system identifies Gpx6 as a
modulator of
Huntington’s disease. PNAS 2014;112:268. Gli studi nell’uomo e nei roditori sulle modificazioni di
espressione genica legate all’età hanno mostrato che l’alterata espressione
coinvolge geni della plasticità sinaptica, della funzione mitocondriale e
proteasomica, delle risposte agli antiossidanti e della riparazione del DNA. Ma
questi studi hanno fornito informazioni sull’espressione di intere aree cerebrali,
non di specifici tipi cellulari neuronali. Sono state applicate anche tecniche
più specifiche per studiare l’espressione genica cellula specifica (TRAP,
translating ribosome affinity purification) nelle malattie neurodegenerative,
ma sebbene i dati sono promettenti non sono per ora risultati rilevanti nel
precisare i geni della progressione correlata con l’età della m. Huntington. E’
stata usata una metodologia, chiamata synthetic lethal in the CNS (SLIC), usata
negli studi sul lievito e nella C. Elegans, che si basa sul fatto che fattori
che sono superflui nelle cellule normali sono resi essenziali nella cellula
malata, così questi fattori definiscono i pathway responsabili dell’aumentata
vulnerabilità nel caso di malattia. Nel modello murino di HD una glutatione
perossidasi (Gpx6) sembra modulare la tossicità della huntingtina mutata e la
sua sovraespressione riduce considerevolmente il fenotipo comportamentale e
molecolare in vivo.
La
tecnica presentata potrebbe essere impiegata anche per altre malattie
neurodegenerative.
Fnip1 regulates
skeletal muscle fiber type specification, fatigue resistance, and susceptibility
to muscular dystrophy. PNAS 2015;112:424.
Il muscolo scheletrico nell’uomo è costituito da fibre muscolari tipo 1 (rosse,
a contrazione lenta) e di tipo 2 (bianche, a contrazione rapida) che hanno
considerevoli differenze nella forza contrattile, nelle strategie metaboliche e
nella resistenza all’affaticamento. Non si sa quale siano i meccanismi
molecolari che sono alla base di questa differenziazione. Nel lavoro viene
descritto il ruolo di Fnip1 (folliculin interacting protein-1) nel controllo
della differenziazione nei due tipi di fibre e la suscettibilità a malattie
metaboliche di quelle tipo 1. Fnip1 è una proteina intracellulare che
interagisce con la follicolina, che è la proteina mutata nella sindrome Birt
Hogg Dube (MIM #135140, caratterizzata da genodermatosi AD con amartomi follicolari,
tumori renali e pneumotorace spontaneo) e principale sensore metabolico AMP
chinasico. Il topo Fnip1 nullo ha un aumento proporzionale di fibre tipo 1 con
muscolo scheletrico con maggiore capacità ossidativa e resistenza alla fatica rispetto
al topo normale.
La
perdita di Fnip1 riduce notevolmente il danno muscolare nel modello di topo con
Distrofia m. Duchenne. Saranno necessari altri studi per determinare se l’inibizione
di Fnip1 possa avere un effetto terapeutico in questa malattia e possa essere
applicata anche per migliorare le risposte di pz con malattie associate
all’obesità.
Promoterless
gene targeting without nucleases ameliorates haemophilia B in mice. Nature
2015;317:560. Un campo in rapido sviluppo è quella
della terapia genica sito-specifica ricorrendo all’ingegneria genomica con
endonucleasi (TAL o CRISP), ma l’uso di queste endonucleasi rischia di attivare
geni adiacenti, e alcuni di questi potrebbero essere oncogeni, e l’attivazione
oncogenica può avvenire per l’integrazione del promotore anche senza nucleasi.
In
questo lavoro si è ricorsi al targeting del gene dell’emofilia B nel topo mediante
adenovirus ricombinante senza promotore e senza uso di endonucleasi. Vi è stato
un miglioramento della diatesi emorragica nell’animale senza correre il rischio
di attivare oncogeni adiacenti al sito voluto.
Chemical corrector treatment ameliorates increased
seizure susceptibility in a mouse model of familial epilepsy. Nature Medicine 2015;21:19.
L’epilessia ha una frequenza di circa l’1% della popolazione, ma purtroppo i
farmaci che controllano le crisi, che hanno come target i canali ioni, spesso
non sono in grado di controllarle. E’ quindi opportuno capire bene i meccanismi
patogenetici dell’epilessia per trovare nuovi e più efficaci terapie.
L’epilessia del lobo laterale temporale autosomica dominante (ADLTE),
caratterizzata da crisi parziali con anomalie uditive, è dovuta a mutazioni
dell’unico, tra i geni dell’epilessia, a codificare una proteina secreta (LGI1). Proteina che può essere il bersaglio
di autoanticorpi responsabili di encefalite acquisita immunitaria. Il topo KO
omozigote di Lgil muore prematuramente ed ha crisi convulsive tonico-cloniche
generalizzate, mentre l’eterozigote ha convulsioni suscettibili al
pentilentetrazolo (cardiazolo, stimolante del respiro e cardiocinetico) e ai
rumori. Poco si sa sui meccanismi patogenetici causa di questa condizione. Si è
ricorsi al modello murino con due tipi diversi di mutazioni missenso del gene,
una mutazione causa di un difetto di secrezione proteica e l’altra con normale
secrezione. Nel primo caso la proteina viene riconosciuta dal sistema di
controllo di qualità del reticolo endoplasmatico e rapidamente denaturata, nel
secondo caso invece la proteina con anomalie di dimerizzazione è incapace di
legarsi ad uno dei suoi recettori (ADAM22). In ambedue i
casi vi è perdita di funzione con ridotta interazione sinaptica LGI1-ADAM22. Un
correttore biochimico (4-fenilbutirrato)(un chaperone, che corregge l’anomalia
conformazione della proteina ΔF508-CFTR) normalizza le conformazione
della proteina nel caso di mutazioni di secrezione e il legame con ADAM22 e
riduce significativamente la suscettibilità alle convulsioni nel modello
murino. Quindi l’epilessia da LGI1 è una malattia da anomalia di conformazione
proteica suggerendo nuove opzioni terapeutiche per l’epilessia.
CARATTERI-MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
Common variation in PHACTR1 is associated with
susceptibility to cervical artery dissection. Nature Genetics 2015;47:78. Chiamata
internazionale per la raccolta di DNA di casi con dissecazione dell’arteria
cervicale (CeAD), che è un ematoma intramurale della carotide o dell’arteria
vertebrale, causa principale (20%) di infarti cerebrali dei giovani e poco
comune nella popolazione generale (incidenza 2.6/100.000/anno). Fattori di
rischio sono piccoli traumi cervicali, infezioni, emicrania ed ipertensione.
Non è stata dimostrata una base
genetica con l’approccio di geni candidati.
Si è voluto applicare GWAS in un grosso
campione (1.393 pz di origine europea)(ClinicalTrials.gov identifier
NCT00657969). Un successivo gruppo di pz, 659, non inclusi nella prima analisi,
sono stati poi studiati in base ai risultati di GWAS. Tutti con adeguati
controlli e un gruppo di 583 pz con stroke ischemico non CeAD). Individuato un locus
a rischio di di CeAD in PHACTR1 (Phosphatase and Actin Regulator 1), che è
anche un locus di suscettibilità per l’infarto miocardico e l’emicrania. Quanto
riscontrato potrebbe avere importanza per la terapia di questa condizione causa
di disabilità.
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