Articoli Genetica Clinica/Umana Aprile 2015. R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Aprile 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

Aneuploidy and mother’s genes. Science 2015;348:180. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo  con un’ottima (e provocatoria, ndr)  introduzione che dice: la tecnica ora ci consente(-irà, ndr) di conoscere il nostro genoma e di agire di conseguenza. Quali geni abbiamo ereditato? Con uno “sputo” e pagando poche centinaia di dollari US ti comperi la risposta. Quale embrione non ha anomalie genetiche o genomiche? Combinando la fertilizzazione in vitro, la diagnosi preimpianto e il sequenziamento genomico ora puoi saperlo. E se sono i geni stessi che selezionano il potenziale bambino? Lo studio a cui si riferisce (Common variants spanning PLK4 are associated with mitotic-origin aneuploidy in human embryos. Pg. 235) identifica una variante genetica nella nostra specie associata ad una ridotta fertilità. A questa conclusione sono giunti analizzando il genoma di migliaia di embrioni umani di 3 gg. Lo studio genome-wide con SNP ha consentito di identificare una stretta associazione tra aneuploidie embrionali di probabile origine mitotica e varianti sul cromosoma 4 della madre, dove c’è un gene, Polo-like chinasi 4 (PLK4), che è considerato il gene candidato in quanto opera nel ciclo del centrosoma. In embrioni di 5 gg sono poche le madri con il genotipo ad alto rischio e questo suggerisce che gli embrioni di queste madri non sono vitali e muoiono prima di raggiungere la fase di blastocisti.

Questa variante, ad alta frequenza, è stata sottoposta ad una selezione positiva nel nostro recente passato e diminuisce considerevolmente la vitalità embrionale. Come è possibile se è associata a ridotta fertilità? L’ipotesi deli AA, anche questa provocatoria, è che la variante causa sì una scarsa fertilità materna ma avrebbe anche un possibile effetto benefico “oscurando” la paternità tramite una riduzione della probabilità di una nuova gravidanza per rapporto sessuale. Questa interpretazione potrebbe avere senso per una specie come la nostra con bassa fecondità e con un grosso investimento genitoriale. E il commento si chiede ironicamente: “If the evolutionary driving force was indeed paternity confusion, does it make sense to purposefully select against this variant now that technology also exists to eliminate paternity confusion?”.

Developmental disorders: deciphering exomes on a grand scale. Lancet 2015;385:1266. Editoriale sull’articolo Genetic diagnosis of developmental disorders in the DDD study: a scalable analysis of genome-wide research data. (pg 1305) già segnalato nella selezione degli Articoli del Dicembre 2014.

No expectation to share incidental findings in genomic research. Lancet 2015;385:1289. Lettera che riporta i risultati di una ricerca che ha coinvolto 6.944 persone di 75 paesi a cui è stato chiesto un’opinione sul riscontro degli Incidental Findings (IF), dati che riguardano la salute ottenuti dall’analisi genomica, fatta per diagnosi o per ricerca, non direttamente correlati con il quesito per cui è stata eseguita l’analisi (IF). Il campione riguarda 4.861 della popolazione generale, 607 ricercatori nel campo della genomica, 533 del personale sanitario nell’ambito della genetica e 843 del personale sanitario in generale (infermiere, chirurghi, pediatri e medici generalisti)(Soc Sci Res 2014;44C:211 e J Community Genet 2014;5:291). L’88% di chi ha risposto precisa che gli IF siano resi noti ai partecipanti alla ricerca. La seconda domanda era se nella ricerca genomica si debba cercare attivamente IF non rilevanti agli scopi della ricerca stessa: 31% Sì, 51% No, 18% non so.

Oltre a questi risultati c’è il parere della commissione presidenziale sugli aspetti etici US che sottolinea che i ricercatori non hanno il dovere, mentre analizzano il genoma, di ricercare attivamente gli IF.

La lettera conclude quindi che anche se nell’ambito di una ricerca genomica è possibile ricercare attivamente e condividere gli IF, tenendo conto però degli aspetti etici, i ricercatori non sono obbligati e cercare e comunicare IF ai partecipanti alla ricerca.

Race for healthy hearts. Nature 2015;520:160. Commento del lavoro (The maternal-age-associated risk of congenital heart disease is modifiable. Pg. 230) con bel riassuntino: “Transplantation experiments in mice reveal that the increased risk of congenital heart disease in the pups of older mothers is not conferred by ageing eggs, but by the mothers’ age, and can be mitigated by exercise”. Nota introduttiva: le malformazioni cardio-vascolari sono le malformazioni più frequenti (1% dei nati, incluse le malformazioni minori), l’1:1.000 ha una malformazione che richiede la correzione chirurgica. Vari fattori di rischio tra cui: infezioni, fattori genetici e ambientali come teratogeni, diabete m. materno e l’elevata età materna. Su quest’ultimo fattore di rischio gli AA si sono chiesti: per l’età di per se o per l’invecchiamento degli ovociti?

La risposta è: il primo. Come hanno fatto? Esperimenti semplici da capire ma complessi da fare: ricorrendo al topo con una mutazione in eterozigosi di un gene, Nkx2-5, un fattore di trascrizione homeobox fondamentale regolatore della settazione cardiaca (il gene NKX2-5 è frequentemente mutato nei pz con malformazione del setto). In questi topi hanno trapiantato ovaie “vecchie” in femmine giovani e viceversa. Il 90% dei topi giovani ha avuto cuccioli con cuore normale e solo il 10% con difetto del setto ventricolare (VSD), mentre il 20% dei cuccioli di madri “vecchie” ha sviluppato un VSD, indicando che l’età delle madri fa la differenza. Per evitare il fattore confondente ambientale maggiore (dieta materna, BMI, intolleranza al glucosio) hanno nutrito le madri con dieta ricca di grassi, ma il maggior peso corporeo e l’alterato metabolismo glucidico materno non hanno prodotto nei figli delle madri giovani un incremento di VSD e solo un non significativo incremento nelle madri vecchie. Il ricorso a ceppi di topi con diverso background genetico ha modificato il rischio di VSD, fatto che sottolinea la complessa interazione ambiente-geni. Infine, la buona notizia: l’attività fisica (correre sulla ruota) riduce il rischio di VSD per i cuccioli. In sintesi: ci sono fattori di rischio di malformazione cardiaca che non conosciamo ma sembrano solo materni, non legati all’embrione, influenzati dal genoma materno e sensibili, con soglia, all’esercizio fisico. Due ipotesi: metaboliche ed epigenetiche. Il Commento ne discute ampiamente. Leggetelo insieme all’articolo.

Whole-genome sequencing is more powerful than whole-exome sequencing for detecting exome variants. PNAS 2015;112:5473. Il sequenziamento dell’intero esoma (WES) è entrato nella pratica clinica ed è stato oggetto di sensibili miglioramenti nell’identificazione di rare e di comuni varianti genetiche. Ma il sequenziamento dell’intero genoma (WGS) sta diventando una buona alternativa per la maggiore copertura e per i costi, maggiori rispetto a WES ma che stanno ora diminuendo, di più dei costi dell’analisi dell’intero esoma. Queste due tecniche sono state confrontate analizzando 6 persone. I risultati dimostrano che gran parte delle SNV e indel sono identificabili da ambedue le tecniche, ma 656 SNV codificanti, che corrispondono a circa il 3% delle varianti codificanti, sono state individuate da WGS ma non con WES.

Per le CNV WES non è affidabile, almeno per quelle che si estendono oltre le regioni analizzate. In conclusione gli AA ci dicono che anche se WGS è più costoso è comunque una tecnica più efficace di WES nell’identificare varianti potenzialmente causa di malattia nelle regioni esoniche, in particolare le SNV.

Selective Elimination of Mitochondrial Mutations in the Germline by Genome Editing. Cell 2015;161:459. Buona parte dei pz con malattia mitocondriale hanno mtDNA che coesiste con mtDNA normale (eteroplasmia). Ma è possibile eliminare mutazioni germinali del mtDNA per prevenirne la trasmissione transgenerazionale? Sembra di sì, almeno nel topo e forse anche nell’uomo, adottando una strategia che elimini selettivamente il mtDNA con mutazione. Nel topo eteroplasmico NZB/BALB che ha due aplotipi mtDNA si è riusciti a prevenire selettivamente la loro trasmissione germinale in F1 e F2 ricorrendo alla tecnologia del genome editing; gli animali così ottenuti sono fenotipicamente normali.

Si è poi applicata la tecnica TALENT per DNA (mito-TALENT) in oociti artificiali di mammiferi con mutazione (fusione di cellule di pz con Neuropatia ottica ereditaria Leber – LHOND, o Neuropatia, atassia e retinite pigmentosa –NARP, e oociti di topo) e si è ottenuta una consistente riduzione dei livelli di mtDNA mutato. A causa della trasmissione non mendeliana del mtDNA il counseling e la diagnosi genetica preimpianto possono solo parzialmente ridurre il rischio di trasmissione di malattia, ma non eliminarlo. L’unica alternativa è la terapia sostitutiva del DNA mitocondriale (il cosiddetto Three-parent bay) nel caso di madre con mutazione ntDNA, che però pone notevoli problemi tecnici ed etici e non si conoscono ancora bene i rischi per il prodotto del concepimento. La tecnica che viene qui proposta comporta un’unica iniezione negli oociti, tecnicamente semplice e non traumatica rispetto a quella del trapianto, oltre a non richiedere la donazione di mtDNA per donne a rischio.

A proposito della terapia sostitutiva mitocondriale:

Transatlantic lessons in regulation of mitochondrial replacement therapy. Science 2015;348:178. Perspective che sottotitola: The UK has approved MRT for clinical use, but the discussion has just begun in the U.S.

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE

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Exome sequencing uncovers hidden pathways in familial and sporadic ALS. Nature Neuroscience 2015;18:611. Commento di due articoli (Haploinsufficiency of TBK1 causes familial ALS and

fronto-temporal dementia. Pg 631)(Exome sequencing in amyotrophic lateral sclerosis identifies risk genes and pathways. Science 2015;347:1436)(questo secondo articolo è stato citato negli Articoli Marzo 2015) in cui vengono presentati i risultati del sequenziamento dell’esoma di due ampie casistiche di casi familiari (grosso modo il 10% di tutti i casi con trasmissione AR, AD e XLR) e sporadici di Sclerosi laterale amiotrofica (ALS)/Demenza fronto-temporale (FTD). I risultati portano ad identificare nuovi pathway potenzialmente trattabili di queste malattie, come quello dell’autofagia (degradazione di componenti cellulari danneggiati) e della neuroinfiammazione (risposta biologica a stimoli dannosi). Nel commento una bellissima figura (Fig. 1) che illustra molto bene i diversi approcci diagnostici della ALS ricorrendo a diverse tecniche genetiche (linkage, analisi del gene candidato, GWAS, WES e in futuro WGS, una Fig. simile nel commento su Science, citato sempre nella selezione Articoli Marzo 2015). E raffigurante anche il contributo causale relativo dei vari geni. Nei due studi indipendenti è stato individuato un nuovo gene causativo (TBK1)(1% dei casi, ma probabilmente il suo contributo risulterà maggiore). Interessanti risultati: nel lavoro su Nat Neuroscience è stata osservata un’eredità oligogenica (contributo di più di una variante come causa di malattia, con effetti deleteri additivi o sinergici) in una famiglia con mutazione di due geni ALS (TBK1 e FUS) con fenotipo caratterizzato da inizio precoce. Ci sono anche evidenze che il fenotipo (comparsa dei primi segni, sopravvivenza) sia variante-associato (ambedue i dati utilissimi da tenere presente nel counseling genetico, ndr). Sappiamo infatti che il fenotipo da mutazione di questi geni è molto variabile e può andare da ALS a FTD, con un pz con ALS e un suo parente con FTD o con ambedue i fenotipi, o addirittura coinvolgere le giunzioni neuromuscolari e causare una malattia muscolare.

A Brief History of ALS. Cell 2015;161:181. Nel film “La Teoria del tutto” (The Theory of Everything) il giovane astrofisico Stephen Hawking, pieno di eccitazione perché stava scoprendo i segreti dell’universo ha realizzato a 21 anni che aveva la sclerosi laterale amiotrofica (correva l’anno 1963. E’ nato nel 1942 ed è ancora vivo, questo contrasta con la diagnosi di ASL che tipicamente consente una sopravvivenza di soli 2-5 anni). Chiese al suo medico se il suo cervello avrebbe continuato a funzionare quando i suoi neuroni che controllavano i suoi movimenti stavano rapidamente morendo. Il medico rispose “sì”, insicuro però dell’effetto della sua parola ad un giovane con un’attesa di vita così tragicamente corta. Venendo ad oggi, 2015, ancora conosciamo così poco della ALS e non siamo certamente più vicini di allora a capire le cause e la patogenesi di questa devastante malattia. Il 10% dei casi sono familiari e, nell’era del NGS, non sappiamo la causa di gran parte del resto. Né come muoiono i neuroni. In questo breve articolo (Leading edge) sullo stato dell’arte della ALS si fa la storia e il punto di quanto si conosce di questa malattia.

Disrupted-in-schizophrenia 1 regulates transport of ITPR1 mRNA for synaptic plasticity. Nature Neuroscience 2015;18:698. Il gene DISC1 (disrupted-in-schizophrenia 1) è un interessante fattore di rischio di schizofrenia, identificato (come molte malattie genetiche del passato, ndr) perché localizzato a livello del punto di rottura di una traslocazione cromosomica (1;11) che co-segregava in una grossa famiglia scozzese con schizofrenia, disturbo bipolare e depressione. Tale traslocazione è poi stata considerata causa della patologia comportamentale determinando un incremento di rischio di questa malattie psichiatriche di 50 volte. In questo studio si è deciso di utilizzare il modello murino Disc1 -/- per studiare il ruolo fisiologico di DISC1. Il topo -/- non ha grosse anomalie della cito-architettura cerebrale ma ha un’alterata plasticità sinaptica e un anomalo comportamento emozionale. Ricorrendo all’analisi proteomica si identifica un nuovo ruolo di DISC1 e si descrivono nuovi aspetti dei meccanismi molecolari della plasticità sinaptica.

ALZHEIMER

Sugar and Alzheimer’s disease: a bittersweet truth. Nature Neuroscience 2015;18:477. Commento di un articolo (GLUT1 reductions exacerbate Alzheimer’s disease vasculo-neuronal dysfunction and degeneration. Pg. 521). Era nota da tempo l’associazione tra metabolismo glucidico e Alzheimer. Si è utilizzato un doppio modello murino con deficit del trasportatore endoteliale del glucosio (GLUT1), che media il trasporto del glucosio a livelli della barriera emato-encefalica, e transgenico con sovraespressione della proteine precursore del peptide β amiloide umana. Si dimostra che GLUT1 ha un ruolo importante nel mantenere un adeguato metabolismo energetico e l’eliminazione vascolare del β amiloide. La ridotta espressione di GLUT1 a livello della barriera peggiora la degenerazione cerebrovascolare dell’Alzheimer e può quindi rappresentare un target terapeutico per questa malattia.

Neuroinflammation in Alzheimer’s disease. Lancet Neurology 2015;14:388. Review. Come sappiamo nel complesso processo patogenetico dell’Alzheimer un ruolo importante è svolto da meccanismi immunologici stimolati dall’accumulo di proteine malripiegate, che stimolano risposte dell’immunità innata con liberazione di mediatori infiammatori che contribuiscono alla progressione e alla gravità della malattia. Gli studi genetici dell’intero genoma indicano che molti geni a rischio di Alzheimer sporadico codificano fattori che regolano la clearance gliale di proteine malripiegate e la reazione infiammatoria.

La conoscenza dei vari fattori ambientali, tra cui l’infiammazione sistemica e l’obesità, che interferiscono con i processi immunologici e che contribuiscono alla progressione della malattia, potrà contribuire ad individuare opportuni bersagli terapeutici o preventivi. In tabella elenco delle 16 sperimentazioni cliniche dell’Alzheimer con farmaci anti-infiammatori.

Lettere all’Editore di Nature relative al lavoro Rare coding variants in the phospholipase D3 gene confer risk for Alzheimer’s disease. Nature 2014;505:550 (selezione articoli Gennaio 2015) che segnala che mutazioni del gene PLD3 (fosfolipasi D3) raddoppiano il rischio di malattia nei casi sporadici di Alzheimer.

La prima lettera di AA francesi dice che non sono riusciti nella loro ampia casistica di confermare PLD3 come fattore di rischio Alzheimer sporadico. La seconda lettera porta i risultati di una meta-analisi di un’ampia popolazione europea: conferma un’associazione tra una variante di PLD3 segnalata dal lavoro, ma non con altre varianti del gene, e sottolinea un ruolo marginale di questo gene come causa di Alzheimer.

Da uno studio di un’ampia popolazione di pz europei (Spagna, Germania), la terza lettera, non risulta un’associazione tra questa malattia e il gene PLD3 e suggerisce, prima di escludere o confermare, di ampliare la popolazione in studio.

Risposta: la variabilità di una specifica variante dipende dalla popolazione studiata, quindi il rischio relativo delle varianti dipende dalle diverse popolazioni/regioni sottoposte ad analisi. Ammette che la forza dell’associazione (rapporto incrociato Odds ratio) probabilmente è inferiore a quello inizialmente segnalata.

AUTISMO

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Loss of δ-catenin function in severe autism. Nature 2015;520:51. E’ noto che vi sia un eccesso (4 volte) di maschi con autismo, mentre il rischio di ricorrenza per figli di femmine con autismo è maggiore rispetto al rischio di ricorrenza per maschi affetti. L’ipotesi quindi di un causa multifattoriale con femmine con soglia biologica di predisposizione maggiore rispetto ai maschi. Con questo modello si ipotizza che le femmine abbiano una minor probabilità di sviluppare la malattia a causa di mutazioni deleterie a meno che gli alleli siano associati a un maggior gravità e operanti in tappe fondamentali dello sviluppo. La ricerca (ottima ndr) si propone di verificare questa ipotesi e studiare nuovi geni. Sono state analizzate famiglie con alto rischio di ricorrenza ritenendo che probabilmente i membri affetti siano portatori delle mutazioni più gravi di questi geni. E’ stato ipotizzato che queste famiglie con queste caratteristiche siano quelle con ≥ 2 femmine affette.

Di circa 500 geni, sono noti 12 con eccesso di mutazioni de novo o segreganti in casi isolati con una gran proporzione di maschi. Usando la strategia già adottata per l’individuazione dei geni dell’Hirschsprung (malattia multifattoriale con M:F 4:1) mediante l’analisi esomica di 13 femmine, negative per MECP2, selezionate da un gruppo di famiglie con più affetti gravi, sono stati individuati 18 geni candidati, di cui almeno 4 (CYFIP1, DLG1, PLXNA3 e CTNND2) di particolare interesse per l’autismo. Uno di questi geni, CTNND2 (catenina δ 2, che codifica la proteina δ), è stato oggetti di un’approfondita analisi ricorrendo a studi genetici, genomici e funzionali (embrioni zebrafish e coltura di neuroni ippocampali di topo Ctnnd2 “nullo”). Risultati: 1. questo gene, nelle pz, ha un eccesso significativo di mutazioni missenso deleterie e di CNV; 2. queste mutazioni alterano il pathway di segnale Wnt; 3. l’espressione di CTNND2 è elevata nell’encefalo fetale ed è altamente correlata con i geni noti dell’autismo; 4. CTNND2 correla con i geni delle modificazioni cromatiniche ed istoniche e con la morfogenesi e le funzioni dendritiche. In conclusione il gene CTNND2 svolge un ruolo nella formazione delle spine dendritiche e di regolazione della β catenina neuronale e mutazioni con perdita di funzione di CTNND2 riducono la morfogenesi ed il mantenimento dendritico.

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Autism phenotype versus registered diagnosis in Swedish children: prevalence trends over 10 years in general population samples. BMJ 2015;350:h1961. Studio di popolazione infantile svedese in un periodo di 10 anni (1993-2002) che paragona la prevalenza annuale di segni che fanno parte del fenotipo autistico e la prevalenza registrata di diagnosi di spettro autistico. I dati della prevalenza dei segni sono stati raccolti con intervista telefonica e quelli della prevalenza di diagnosi ricorrendo al registro nazionale dell’autismo.

Mentre la prevalenza annuale dei sintomi è stata stabile negli anni, quella della diagnosi registrata è costantemente e significativamente cresciuta (P<0.001 con trend lineare).

La conclusione è indubbiamente interessante (e confortante): This suggests that administrative changes, affecting the registered prevalence, rather than secular factors affecting the pathogenesis, are important for the increase in reported prevalence of autism spectrum disorder.

GENETICA UMANA/CLINICA

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Congenital myasthenic syndromes: pathogenesis, diagnosis, and treatment. Lancet Neurology 2015;14:420. L’efficace contrazione muscolare dipende dall’efficienza della neurotrasmissione a livello delle giunzioni neuromuscolari. I movimenti volontari necessitano di una “conversazione” molecolare tra nervi motori e muscolo. Questo avviene a livello delle giunzioni neuro-muscolari (sinapsi, cioè connessione, periferica)(NMJ), che sono strutture di connessione fisica nervi-muscolo. Vi sono mutazioni di geni delle NMJ causa di debolezza muscolare cronica (miastenia), senza una reale possibilità di terapia in alcune (ma con prospettive, vedi DOK7 gene therapy benefits mouse models of diseases characterized by defects in the neuromuscular junction. Science 2014;345:1505)(Selezione articoli Settembre 2014). Buona parte delle miastenie congenite (MC) sono dovute a difetti nel muscolo del recettore nicotinico per l’acetilcolina, ma vi sono anche MC da mutazione delle proteine presinaptiche, delle proteine associate alla lamina basale sinaptica, difetti di sviluppo e di mantenimento della placca motrice o difetti di glicosilazione proteica. Come in buona parte delle malattie geneticamente eterogenee la diagnosi si basa sull’indirizzo clinico, senza questo sull’analisi esomica. In Tab. 1 la frequenza in percentuale, in un campione di 354 bambini con miastenia congenita, delle varie forme.

In questa review vengono presentate le attuali conoscenze patogenetiche delle MC derivate in gran parte dagli studi strutturali e di elettrofisiologia della placca motrice e da studi biochimici. Le possibilità terapeutiche sono con agonisti colinergici (iridostigmina e amifampridina), con farmaci come la fluoxetina e la chinidina o con agonisti adrenergici come il salbutamolo e l’efedrina. Da notare che alcuni farmaci sono benefici per una forma di miastenia e controindicati in un’altra.

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Brain somatic mutations in MTOR cause focal cortical dysplasia type II leading to intractable epilepsy. Nature Medicine 2015;21:395. La Displasia focale corticale tipo II (FCDII) è una malformazione della corteccia cerebrale caratterizzata da neuroni dismorfici (ballon cells), dislaminazione corticale ed epilessia refrattaria. E’ la causa più frequente al ricorso della terapia chirurgica che in questa patologia riesce ad eliminare le crisi convulsive nel 60% dei casi. Talora la RM cerebrale è normale e l’anomalia è documentabile solo all’esame istologico, da qui l’ipotesi di una mutazione somatica come causa di FCDII. Ipotesi anche avvalorata dal fatto che è una malattia sporadica. Il ricorso, sul campione di tessuto prelevato dal neurochirurgo, al sequenziamento Sanger o al WES con copertura media di 100-150x può risultare negativo perché la mutazione può essere presente solo in un un limitato numero di cellule. Gli AA allora hanno pensato di ricorrere all’identificazione di eventuali mutazioni somatiche a bassa frequenza a livello cerebrale con WES ad alta risoluzione (deep WES), sequenziamento di ampliconi sito-specifici e specifici algoritmi per i mosaicismi. E poi di testare le funzioni biologiche e patologiche dei geni candidati sia in vitro che in vivo. In 4 pz con FCDII è stata trovata in due una mutazione de novo nel solo tessuto cerebrale di MTOR. Sono stati analizzati con la stessa tecnica campioni di tessuto cerebrale di altri 73 pz ed è stata trovata in 10 una missenso attivante di MTOR (in totale 12 su 77 pz=15.6%).

Nell’embrione di topo l’espressione focale di MTOR mutante causa un’alterazione della migrazione neuronale, con citomegalia dei neuroni e convulsioni spontanee, mentre la sua inbizione con rapamicina impedisce la citomegalia neuronale e le crisi convulsive.

Questo studio, in sintesi, ci dice che mutazioni somatiche attivanti di MTOR sono causa di alcune forme di FCD e che tale gene potrebbe essere un bersaglio terapeutico per l’epilessia resistente in questa patologia.

Germline gain-of-function mutations in AFF4 cause a developmental syndrome functionally linking the super elongation complex and cohesin. Nature Genetics 2015;47:338. Nell’embriogenesi è fondamentale l’appropriata espressione genica temporo-spaziale. Questo controllo trascrizionale dipende principalmente dalla regolazione dell’allungamento trascrizionale, processo che inizia dopo che l’RNA polimerasi si è legata al promotore. Il complesso super allungamento, SEC, governa questo processo mobilizzando la RNA polimerasi II (RNAP2) in pausa. In tre pz con un quadro simile a quello della s. DeLange con l’analisi dell’esoma sono state individuate mutazioni missenso del gene AFF4, componente base di SEC. Il quadro clinico, che gli AA chiamano CHOPS (che è l’acronimo forzato dell’ospedale dove lavorano, con molta stima di sé e con poca fantasia, ndr) per deficit cognitivo, tratti grossolani del viso (in un b. il sospetto diagnostico era di DeLange), malformazione cardio-vascolare, obesità, patologia polmonare (laringo-tracheomalacia, aspirazione), brachidattilia e bassa statura (<3° centile )(Supplmentary Table 1). Interessante: l’analisi del trascrittoma e del chromatin immunoprecipitation (ChIP)(tecnica per localizzare i punti di legame tra DNA e proteine) hanno dato alterazioni simili del legame genome-wide di AFF4, coesina e RNAP2 nella s. DeLange e in questa nuova condizione. E’ stata anche dimostrata un’interazione molecolare diretta di SEC, coesina e RNAP2. Gli AA concludono quindi che vi sia una comune patogenesi molecolare di questa nuova sindrome e della s. DeLange causate dall’interferenza del processo di allungamento trascrizionale dovuto all’anomalo legame genome-wide di AFF4 e coesina.

De novo loss- or gain-of-function mutations in KCNA2 cause epileptic encephalopathy. Nature Genetics 2015;47:393. Sappiamo che i geni del canale del potassio sono buoni candidati per le malattie del neurosviluppo: KCNQ2 come causa di convulsioni familiari neonatali benigne, KCNA1 dell’atassia episodica tipo 1, KCNA1 dell’ipereccitabilità dei nervi periferici. Interessante la procedura e gli studi funzionali applicati in questo lavoro: usato un pannello di 265 geni per 33 pz con encefalopatia epilettica, in 16 trovata la mutazione causativa, per i restanti 17 casi utilizzato un pannello di 220 geni candidati. Trovata in un pz una mutazione missenso in eterozigosi di KCNA2, non nota. Il pz aveva un’epilessia febbrile e non febbrile e crisi emicloniche alternanti con EEG con punte multifocali attivate notevolmente nel sonno; dopo le crisi epilettiche, poco sensibili alla terapia, rilevato ritardo psicomotorio e deficit di crescita postnatale con deficit di GH ed ipotiroidismo. Dopo questa osservazione sono state studiate altre coorti di pz, anche adulti, con WES o con pannello di geni. Sono stati trovati altri 6 casi con mutazione di KCNA2, che in base a questi studi sono causa dei encefalopatia epilettica nell’1.7% dei pz. Il quadro clinico delle mutazioni dominanti negative o con perdita di funzione (nel lavoro sono stati fatti anche studi funzionali) comprende crisi convulsive precoci e frequentemente febbrili e afebbrili focali motorie e crisi discognitive con sovrapposizione clinica con la Dravet (SCN1A) e l’Epilessia mioclonica astatica (MAE). Le crisi convulsive tendono con l’età a ridursi o essere facilmente controllate con i farmaci; lo sviluppo psico-motorio inizialmente normale poi tende ad essere ritardato. Le mutazioni dominanti con acquisizione di funzione, trovate in 2 pz, tendono ad avere un fenotipo epilettico, atassico e intellettivo più grave, con crisi convulsive generalizzate. Questo suggerisce che i meccanismi patogenetici siano differenti e dipendenti dal tipo di mutazione.

Biochemical Basis for Dominant Inheritance, Variable Penetrance, and Maternal Effects in RBP4 Congenital Eye Disease. Cell 2015;161:634. Le malformazioni oculari, tra cui l’anoftalmia e la microftalmia, sono un’importante causa di cecità infantile (2:10.000 bambini) e la loro gravità dipende dal periodo e dal grado di alterazione della morfogenesi oculare. In un terzo dei casi la malformazione è parte di un quadro sindromico. Geni malattia: nel 10% mutazioni con perdita di funzione di SOX2, mutazioni di fattori di trascrizione RX, CHX10, BCOR, HCCS e PAX6, alterazione di pathway mediati da BMP4, GDF6 e SHH. Oltre ai fattori genetici i difetti oculari sono causati da fattori ambientali, come deficit di Vitamina A responsabile anche di malformazioni urogenitali, diaframmatiche e polmonari. Recentemente sono state individuate mutazioni di geni del pathway di segnale dell’acido retinoico causa di malformazioni oculari, come mutazioni con perdita di funzione di STRA6 (AR, MIM #601186), codificante il recettore di membrana della proteina legante il retinolo (RBP) e caratterizzate da anoftalmia e malformazioni polmonari, cardiache e diaframmatiche, e mutazioni di ALDH1A3 (AR, MIM #615113), codificante la retinaldeide deidrogenasi, con microftalmia isolata. In questo lavoro si dimostra che mutazioni missenso del gene RBP4, che codifica RBP, sono causa di malformazioni oculari di gravità variabile e penetranza incompleta e che la trasmissione materna aumenta significativamente la probabilità di espressione fenotipica. Le mutazioni riducono fortemente il legame del retinolo alla RBP e paradossalmente aumenta l’affinità di RBP al suo recettore sulla superficie cellulare STRA6. La proteina dominante negativa blocca in modo non produttivo STRA6 ed interferisce con la liberazione della vitamina A nel feto e, in caso di trasmissione materna, nella placenta. Questi risultati consentono di identificare un nuovo effetto ereditario materno, differente dall’imprinting e dall’mRNA oocitario, e definisce un gruppo di malattie ereditarie modulate dall’assunzione materna di vitamina A.

Vedi anche ottimo commento A Genetic Clog in the Vitamin A Transport Machinery, Cell 2015;161:435.

LQT1-phenotypes in hiPSC: Are we measuring the right thing? PNAS 2015;112:E1968. Lettera relativa all’articolo Recessive cardiac phenotypes in induced pluripotent stem cell models of Jervell and Lange-Nielsen syndrome: Disease mechanisms and pharmacological rescue. PNAS 2014;111:E5383 (vedi Articoli Dicembre 2014) in cui si sono utilizzate cellule staminali umane totipotenti (hiPSC) per studiare due mutazioni causa di una forma grave di JLNS (c.478-2A>T e c.1781G>A) del gene KCNQ1 (JLNS 1, MIM #220400) e del gene KNCNE1 (JLNS 2, MIM #612347). Si è voluto infatti verificarne i meccanismi di azione ed eventuali indicazioni terapeutiche. La lettera critica le conclusioni a cui sono arrivati nell’articolo e pone una nota di cautela nell’uso delle cellule staminali e nell’interpretazioni dei dati.

Nella risposta gli AA dell’articolo ribattono la validità dei loro dati pur riconoscendo che le informazioni che vengono dagli studi usando miocardiociti indotti da cellule staminali umane con mutazione siano da interpretare con cautela.

Modeling Familial Cancer with Induced Pluripotent Stem Cells. Cell 2015;161:240. Ricorso a cellule staminali pluripotenti indotte di pz con s. Li-Fraumeni (LDS) per comprendere la tumorigenesi dell’osteosarcoma. La LFS è una malattia tumorale geneticamente eterogenea a trasmissione AD e con insorgenza precoce di tumori multipli indipendenti, a differenza delle altre malattie tumorali che hanno tumori specifici, tra cui l’osteosarcoma (OS), sarcoma delle parti molli, mammario, cerebrale, leucemia e carcinoma surrenalico. Mutazioni germinali di TP53, il gene codificante l’oncosoppressore p53, sono causa della LFS1 (MIM #151623). L’OS ha come base biologica mutazioni di vari geni e non è noto come mutazioni di p53 portino all’insorgenza di OS. La LFS è quindi il modello ideale per studiare il ruolo di p53 nello sviluppo del cancro, in particolare dell’OS. I modelli murini di LFS esistenti non ricapitolano completamente lo spettro tumorale presente in questa sindrome.

Le cellule osteoblastiche derivate da cellule iPSC di pz (OBs) ricapitolano invece gli aspetti dell’OS, tra cui l’alterata differenziazione e la tumorigenicità. I profili di espressione genica (segnatura genetica) di queste cellule sono tipici di quello dell’OS con spettro trascrizionale fortemente correlato con la prognosi clinica del tumore (ridotti tempi di ricorrenza, ridotta sopravvivenza). P53 ha un ruolo importante nel regolare il network di geni sottoposti ad imprinting la cui sregolazione causa i difetti di differenziazione osteoblastica e lo sviluppo del tumore.

Thank you for sharing. Nature 2015;520:585. Sottotitolo: “Initiatives to make genetic and medical data publicly available could improve diagnostics — but they lose value if they do not share with other projects”.

Siamo tutti convinti che solo la condivisione dei dati clinici e genetici favorirà le nostre conoscenze e che questo sarà di sicuro beneficio per i nostri pz, ma pochi collaborano alla condivisione.

Aspra e prolungata critica dell’iniziativa BRCA Share, che riguarda la condivisione dei dati per mutazioni di BRCA1/2 e che è un’iniziativa di Quest Diagnostics e INSERM; si critica perché l’accesso ai dati è consentito ai lab. che si iscrivono e quindi “è più un giardino recintato che un campo aperto”. Nulla a che vedere quindi con l’accesso libero di ClinVar (NIH USA). Ma non è l’unica iniziativa limitante la condivisione dei dati raccolti. La compagnia 23andMe ha raccolto dati genetici di 900.000 persone, ha pubblicato 32 lavori negli ultimi 5 anni e fornisce di questi dati solo statistiche aggregate, perché vuole proteggere i suoi dati non condividendo i suoi risultati del linkage e medici con altri. “Companies or researchers who talk the talk of sharing but do not actually walk the walk should be challenged” e vanno resi noti ai consumatori.

Determining the role of microRNAs in psychiatric disorders. Nature Reviews Neuroscience 2015;16:201. Review sul ruolo dei microRNA nelle malattie psichiatriche. Nonostante sia documentato un alto contributo genetico delle malattie genetiche, l’ereditabilità che riusciamo a calcolare spiega solo molto in parte il rischio individuale di sviluppare una di queste malattie ed è molto limitato il numero di geni di suscettibilità che conosciamo. Gli studi epidemiologici ci dicono che vi è una chiara associazione con fattori ambientali, quali lo stress fisiologico e psicologico. Ad es. lo stress in utero o nelle prime fasi della vita può modificare il cervello rendendolo più vulnerabile a specifiche malattie psichiatriche, mentre lo stress nell’adolescenza o in età adulta può favorirne l’insorgenza. Quindi si possono definire classicamente come malattie multifattoriali, con predisposizione genetica e fattori ambientali scatenanti. Recentemente sono stati rilevati nel sangue e nell’encefalo di pz con queste malattie alterazioni dei profili di espressione di microRNA, confermati anche nei modelli animali in cui la manipolazione dei livelli di alcuni miRNA nell’encefalo causa disturbi comportamentali. In questa review vengono presentati i risultati di questi studi nell’uomo, negli animali e in vitro che consentono di aumentare le nostre conoscenze sul contributo dei miRNA nella regolazione comportamentale nelle malattie psichiatriche.

αIIbβ3 variants defined by next-generation sequencing: Predicting variants likely to cause Glanzmann thrombasthenia. PNAS 2015;112;E1898.L’applicazione del NGS mette a dura prova le nostre capacità di interpretare l’effetto delle moltissime varianti che vengono segnalate dall’esame. In questo lavoro si vogliono analizzare le nuove varianti missenso di ITGA2B e ITGB3, geni che quando mutati alterano la funzione dell’integrina αIIbβ3 e determinano la Tromoboastenia Glanzmann (MIM #273800)(GT), in cui vi è una mancata aggregazione piastrinica e ridotta o assente retrazione del coagulo. Mediante WES o WGS nel corso di vari studi della popolazione generale sono state trovate nuove varianti di circa 32.000 alleli di questi geni (HGMD, 1000G, U.K.10KWES, ESP) in 16.108 persone. Sono state confrontate con 111 missenso note come associate alla GT, 20 associate a trombocitemia alloimmune e 5 alla aniso/trombocitopenia. Le nuove varianti interessano circa il 10% degli aminoacidi di entrambe le proteine e sono presenti nell’1.3% della popolazione. Quasi tutte sono rare, due hanno le caratteristiche di essere patogene e l’analisi comparativa usando 3 diversi algoritmi prevede che almeno il 27% delle varianti nuove siano deleterie.

Force-induced on-rate switching and modulation by mutations in gain-of-function von Willebrand diseases. PNAS 2015;112:4648. Mutazioni del fattore von Willebrand, una grossa proteina multimerica che ha un ruolo nell’adesione piastrinica ed è anche il trasportatore del fattore VIII (la cui carenza causa l’Emofilia A), sono causa di una comune malattia emorragica (VWD type 2, MIM #613554).

In questo lavoro è stato studiato il legame del VWF alle piastrine, regolato da forze idrodinamiche nella vascolatura, legame che si attiva quando l’idrodinamica si modifica in seguito all’emorragia.

DIAGNOSI PRENATALE NON INVASIVA. Analisi del DNA libero fetale nel sangue materno.

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Realising the promise of non-invasive prenatal testing. BMJ 2015;358:h1792. Approvate numerose applicazioni della NIPT come l’identificazione o l’esclusione di mutazioni genetiche de novo o di origine paterna, la determinazione del sesso fetale per procedere poi a test invasivi per malattie XL, la genotipizzazione Rh fetale nel caso di madre Rh negativa per sapere se fare o meno la somministrazione anti-D (consentita in alcune nazioni europee). Ma soprattutto per l’identificazione di aneupoloidie che avrà un notevole impatto sulla medicina prenatale. Per queste patologie ricerche condotte dalle compagnie private hanno dato un’alta sensibilità (98%) e specifictà (99%) per la trisomia 21 nelle gravidanze a rischio. In UK viene effettuata solo in laboratori privati che spediscono i campioni in USA o in Cina. Il primo Autore di questo Editoriale (peraltro autore dell’Editoriale su NEJM, citato sotto), che fa parte del team incaricato di verificare se adottare il test non invasivo per la trisomia 21 in UK, sottolinea alcuni ostacoli alla sua implementazione: i falsi positivi; la sensibilità e sensibilità sopra citata riguarda gravidanze ad alto rischio, non tutte, anche se nel lavoro su NEJM dell’Aprile 2014 il valore positivo predittivo del test è dell’80% in un’ampia popolazione di gravide non selezionata contro il 3.5% dello screening combinato; il consenso informato appropriato perché il test può essere sentito come un semplice prelievo di sangue; il complesso counseling pretest (chi lo fa ad un’ampia proporzione di gravide?); da lasciare il test in mano ai privati o nei centri pubblici? Se nell’ambito del NHS i costi sono molto maggiori rispetto allo screening ora adottato e allora limitato solo alle gravide ad alto rischio? Adottarlo come un test intermedio tra lo screening e i test invasivi e mantenere il cut-off di rischio di 1:150 con l’identificazione dell’85-90% dei casi di trisomia o abbassare il cut-off? Non c’è dubbio, conclude, che vadano incoraggiate le novità, se clinicamente appropriate, ma soppesando bene come introdurle nella pratica e come preparare le donne e gli operatori sanitari alle novità.

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Copy-Number Variation and False Positive Prenatal Aneuploidy Screening Results. NEJM 2015;372:1639. Sono poco note le cause dei falsi positivi allo screening prenatale non invasivo (cfDNA) di Trisomia 21. Sono state studiati 4 gravidanze consecutive con risultato prenatale discordante: screening cfDNA positivo (3 per trisomia 18 e 1 per triosmia 13), tutti (feti/bambini) con cromosomi e clinica normali. In due dei tre casi con +18 al cfDNA è stata documentata una duplicazione materna interessante un cromosoma 18: in un caso la dup di 1.15 Mb era presente anche nel feto, nel secondo caso la dup era di quasi 0.5 Mb e non era presente nel feto. Queste duplicazioni sono ritenute causa del risultato falso positivo.

Vengono presentate proposte per ovviare a questo risultato. E alcune avvertenze e suggerimenti utili, tra cui la possibilità di ripetizione di falsi positivi nella stessa donna, risultati falsi negativi nel caso di delezioni.

Use of Cell-free DNA to Screen for Down’s Syndrome. NEJM 2015;372:1666. Editoriale dell’articolo sullo stesso fascicolo (Cell-free DNA Analysis for Noninvasive Examination of Trisomy. Pg. 1589)

dei risultati ottenuti da una ricerca finanziata da Ariosa Diagnostics and Perinatal Quality Foundation (NEXT ClinicalTrials.gov number, NCT01511458) che riguarda lo screening prenatale non invasivo (cfDNA) di Trisomia 21 (è concettualmente sbagliato scrivere s. Down, perché è la trisomia ad essere sottoposta a screening, ndr) di 16.000 gravidanze non selezionate per età o altro con esito ben documentato. E i risultati confrontati con lo screening standard (ecografico e biochimico).

Il valore predittivo positivo è stato dell’80.9%, che scende al 50% per donne che hanno un più basso rischio di trisomia (<1:270) allo screening standard. Con bassissimo tasso di falsi positivi (0.06%) rispetto a quello dello screening standard (5.4%). I risultati indicano poi la necessità della conferma con il test invasivo nel caso di risultato positivo al cfDNA: 9 su 47 risultati indicanti alto rischio di trisomia 21 erano falsi positivi. Infatti l’analisi di cfDNA nel plasma materno può identificare mosaicismi confinati alla placenta, anomalie cromosomiche materne e, come suggerito nell’altro lavoro, sempre sullo stesso fascicolo di NEJM (citato sopra) anomalie del numero di copie possono occasionalmente essere alla base di risultati discordanti per la trisomia. In conclusione NIPT è più efficace dello screening standard di identificare la gravidanza a rischio con feto +21 nella popolazione generale delle gravide.

Ci sono nel lavoro anche dati sulle altre classiche trisomie ma il campionamento adottato è idoneo solo per la trisomia 21. Altro dato interessante, comunque già segnalato: nel caso di insufficiente quantità di cfDNA c’è un significativo aumento di rischio (2.7% vs 0.4% delle gravidanze in cui si è ottenuto invece sufficiente cfDNA) di sbilanciamenti di riarrangiamenti cromosomici. La tecnica necessita di un’ulteriore validazione per le altre anomalie cromosomiche, soprattuttuo delle aneuploidie dei cromosomi sessuali, delle microduplicazioni e delle microdelezioni.

Vedi anche commento di questo articolo su BMJ (Maternal blood test is more effective than standard screening for Down’s syndrome, study shows. BMJ 2015;350:h1797).

BIOLOGIA

Improving reference epigenome catalogs by computational prediction. Nature Biotechnology 2015;33:354. E’ in corso un grosso sforzo internazionale per preparare la mappa dell’epigenoma (http://ihec-epigenomes.org/). Viene proposto un nuovo metodo, chiamato ChromImpute, per favorire la comprensione delle marcature epigenomiche (Large-scale imputation of epigenomic datasets for systematic annotation of diverse human tissues. Pg. 364).

Genetic variation and alternative splicing. Nature Biotechnology 2015;33:357. Commento di un articolo (RNA splicing. The human splicing code reveals new insights into the genetic determinants of disease. Science 2015 Jan 9;347(6218):1254806) sulle difficoltà che abbiamo nel comprendere le conseguenze funzionali delle variazioni genetiche, ostacolo non da poco per la medicina di precisione. E’ stato sviluppato un algoritmo per valutare le conseguenze di SNV sullo splicing alternativo e sulle malattie dell’uomo.

Proteomics reveals dynamic assembly of repair complexes during bypass of DNA cross-links. Science 2015;348:539. L’analisi proteomica ha consentito di individuare un nuovo pathway di riparazione del DNA.

Widespread Macromolecular Interaction Perturbations in Human Genetic Disorders. Cell 2015;161:647. Analisi dell’effetto di mutazioni missenso causa di malattia sull’attività delle proteine nei network biologici ricorrendo ad una caratterizzazione delle interazioni proteina-chaperone, proteina-proteina e proteina-DNA. Mentre le varianti comuni in genere non modificano le interazioni, buona parte di quelle causa di malattia modificano tali interazioni, con metà degli alleli che sono “edgetic” (alleli che alterano specifici siti dell’interazione proteica del network, danneggiando solo un limitato numero di interazioni lasciando immodificate le altre), mentre una metà determinano una completa perdita di interazioni da malripiegamento proteico ed alterata espressione. Questo significa che l’‘‘edgotype’’ (cioè l’effetto della mutazione sull’interazione) di una mutazione costituisce un legame fondamentale tra genotipo e fenotipo. Si dimostra che mutazioni differenti portano a profili di interazione differenti con distinti fenotipi patologici. E come l’edgotyping, come applicazione pratica,  potrebbe favorire la classificazione di varianti identificate all’analisi NGS e quindi specificare quali varianti possono essere considerate patogene.

MODELLI ANIMALI E NUOVE TERAPIE

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Edaravone alleviates Alzheimer’s disease-type pathologies and cognitive deficits. PNAS 2015;112:5225. Si è capito, con gli insuccessi delle sperimentazioni sinora effettuate, che per fermare la progressione dell’Alzheimer è necessario intervenire su più pathway perché sono diversi i meccanismi patogenetici di questa malattia come l’accumulo extracellulare di β-amiloide (la ricerca per molti anni è stata in effetti “Aβ centrica”), l’aumentato stress ossidativo e l’aggregazione intracellulare di proteina tau ipermetilata che forma grovigli neurofibrillari. In questo lavoro si è scelto di ricorrere nel modello murino (APP/PS1 mice) all’Edaravone, un farmaco usato nell’ictus che è lo “spazzino” dei radicali liberi riducendo lo stress osssidativo, che interferisce con l’aggregazione Aβ e infine inibisce l’iperfosforilazione tau. Questo farmaco, somministrato nei topi (per via intraperitoneale o per os) prima o dopo l’inizio della deposizione di Aβ ne riduce l’accumulo nel tessuto cerebrale e nelle arteriole cerebrali inibendone la deposizione e riducendo l’azione della betasecretasi 1 del precursore di Aβ (APP). Si dimostra che il farmaco attenua lo stress ossidativo e la neuroinfiammazione, inibisce l’iperfosforilazione tau, riduce la perdita neuronale e la disfunzione sinaptica e, a livello funzionale, elimina i difetti comportamentali che questi topi hanno.

Ora partiamo con la sperimentazione clinica, facilitata dal fatto che il farmaco è già in commercio in alcuni paesi asiatici.

Intracellular chloride accumulation: a possible mechanism for cognitive deficits in Down syndrome. Nature Medicine 2015;21:312. Commento dell’articolo di AA italiani (Reversing excitatory GABA_AR signaling restores synaptic plasticity and memory in a mouse model of Down syndrome. Pg. 318). Nel modello murino di Trisomia 21 (topo Ts65Dn portatore di trisomia del segmento distale del cromosoma 16 del topo, sintenico al braccio lungo del cr. 21 umano) e dall’analisi su tessuto cerebrale autoptico di persone con s. Down risulta che il sistema di segnale del recettore GABA_A ippocampale sembra eccitatorio. Questo potrebbe portare ad una nuova cura per persone, anche adulti, con s. Down. Il topo trisomico ha lo stesso deficit cognitivo ippocampale dell’uomo, come l’anomala plasticità sinaptica (ad es. potenziamento a lungo termine)(LTP) e deficit di memoria, deficit ascrivibili ad alterazioni del neurosviluppo che includono un’aumentata generazione di interneuroni GABAergici in sede frontale. Si pensava che questa anomalia comportasse un’eccessiva inibizione, che altera la plasticità sinaptica ed i processi cognitivi a causa di uno sbilanciamento della neurotrasmissione eccitatoria ed inibitoria. In questo lavoro si osserva che nel modello murino il segnale GABAA_AR non è inibitorio ma piuttosto eccitatorio, con un cambio di potenziali evocati da GABAA_AR e con un’aumentata espressione del cotrasportatore del catione Cl- NKCC1. E questo sia nel topo trisomico che nell’encefalo di uomo con trisomia 21. L’azione inibitoria del GABA può essere completamene ristabilita riducendo la concentrazione di ione cloruro tramite l’azione di un inibitore di NKCC1. Infatti l’uso nel Ts65Dn adulto dell’inibitore, un diuretico noto come Bumetanide che è un farmaco già approvato dalla FDA, normalizza la concentrazione dello ione cloruro ai livelli del topo wild-type, e normalizza la plasticità sinaptica e la memoria ippocampo-dipendente.

A zebrafish model of ADHD. Nature Reviews Neuroscience April 2015;16. Segnalazione dei risultati di una ricerca su un modello animale del Disordine con deficit di attenzione ed iperattività (ADHD)(Circadian Modulation of Dopamine Levels and Dopaminergic Neuron Development Contributes to Attention Deficiency and Hyperactive Behavior. Journal Neuroscience 2015;35:2572. ADHD è legato, dice il commento, ad un’alterazione del ritmo circadiano (orologio interno sincronizzato con il ciclo giorno-notte con stimoli naturali come luce solare e temperatura e anche con stimoli ambientali, wiki), ma con meccanismi patogenetici non noti. Nel lavoro si dimostra che lo zebrafish con una mutazione con perdita di funzione del gene period 1b (per1b) ha segni che mimano quelli dell’ADHD e che questo modello potrebbe servire a studiare la patogenesi molecolare dei comportamenti ADHD-like.

Il (povero) pesce con mutazione mostra un alterato ritmo circadiano quando è tenuto al buio, il che mostra il ruolo di questo gene nella normale funzione circadiana. Il pesce poi ha segni di iperattività con un aumentato comportamento esplorativo e con tendenza ad attaccare la propria immagine speculare, tipico segno di iperattività. Questi comportamenti migliorano ricorrendo a due comuni farmaci dell’ADHD (Deprenyl e

Metilfenidato). Il pesce mutato, come le persone con ADHD, ha difficoltà di eseguire specifici compiti e di tenerne memoria, infatti ha difficoltà a ricordare in quale area della bacinella riceve un piccolo shock elettrico. Ed è più impulsivo del pesce normale (prova della luce associata dopo 4 minuti da quando si accende alla somministrazione del cibo: non aspetta) e dimostra di essere più sensibile rispetto al controllo di cambiamenti rapidi di luce e di buio, come i bambini con ADHD.

A livello molecolare gli AA trovano alterazione di espressione di due geni chiave del metabolismo dopaminico (monoaminoossidasi e dopamina-β idrossilasi) e di alcuni trasportatori e recettori dopaminici e alterazione dei neuroni dopaminergici (pochi e disorganizzati).

Quindi è stato trovato un buon modello animale dell’ADHD utile per l’individuazione di specifici farmaci contro questa patologia comportamentale, frequente (5.3% dei bambini) e problematica (vedi anche Attention Deficit–Hyperactivity Disorder in Children and Adolescents, NEJM 2014;370:838)(Spigolature Febbraio 2014).

Seizure-like activity in a juvenile Angelman syndrome mouse model is attenuated by reducing Arc expression. PNAS 2015;112:5129. La sindrome Angelman (AS, MIM #105830) è una patologia del neurosviluppo che si manifesta nei primi anni di vita con grave ritardo psico-motorio, assenza di linguaggio, mancata coordinazione motoria, anomalie caratteristiche EEG, riso inappropriato e movimenti stereotipati delle mani. La causa è una mutazione della copia materna di UBE3A con perdita di funzione (70% delezione, 2% UPD paterna, 2-3% difetto di imprinting e 25% mutazione del gene). Il gene codifica una ubiquitina ligasi che catalizza l’aggiunta dell’ubiquitina a specifiche proteine modificandone la funzione o facendone un bersaglio per la degradazione proteasomica. Essendo conservato l’imprinting nei mammiferi sono disponibili modelli animali (il solito topino, ndr) che hanno un comportamento simile a quello umano. Sappiamo che vi sono alcune proteine, probabilmente quelle che sono degradate grazie al UBE3A, che sono maggiormente espresse nell’AS, come activity-regulated cytoskeleton-associated protein (ARC) e altre. In questo studio è stato ben caratterizzato il fenotipo motorio e comportamentale dei topi AS giovani (il fenotipo murino AS noto sinora si è basato su osservazioni in topi adulti, in cui le anomalie comportamentali potrebbero essere secondarie e non necessariamente dipendenti dalla mutazione di UBE3A), utile per verificare i segni specifici della mutazione e per fornire adeguate informazioni nel corso di sperimentazioni terapeutiche. E’ stato osservata un’alterata comunicazione ed un’alterata motricità con un’intensa attività cerebrale. La riduzione di espressione di ARC normalizza l’attività cerebrale ma non ha alcun effetto sulla comunicazione o sul comportamento del topo AS. Quindi un nuovo approccio per identificare i circuiti cerebrali alterati nella AS e per sviluppare nuove terapie.

MeCP2 binds to non-CG methylated DNA as neurons mature, influencing transcription and the timing of onset for Rett syndrome. PNAS 2015;112:5509. Un classico esempio di disfunzione epigenetica è la sindrome Rett (RTT), malattia del neuro-sviluppo postnatale da mutazione di MeCP2 (MIM #312750). Nonostante un’attiva ricerca di decenni non è ancora chiaro come tale gene regoli la trascrizione o perché i segni clinici si manifestino tra i 6 e i 18 mesi. L’ipotesi di lavoro è che sia correlata con la dinamica temporale dei legami di MeCP2. Ricorrendo al modello animale si è osservato che MeCP2 si lega a citosine metilate in un contesto non-CG (mCH, con H = A, C o T) nel cervello solo in corso di maturazione e adulto. Questo legame verosimilmente è importante per la regolazione genica neuronale. Si spiega così il ritardo della comparsa dei sintomi.

Maternal and zygotic Zfp57 modulate NOTCH signaling in cardiac development. PNAS 2015;112:E2020. L’imprinting genomico è fondamentale per il normale sviluppo embrionale. In questo lavoro su embrioni di topo si osserva che la perdita di ZFP57, che è un regolatore di imprinting genomico, è causa di malformazioni cardiache (ASD, VSD, miocardio sottile con ridotta trabecolazione), malformazioni che richiamano il fenotipo mutante del pathway di segnale NOTCH, uno dei più importanti pathway dello sviluppo. In questo lavoro si prova che il segnale NOTCH è diminuito in assenza di ZEP57 e che la modulazione di Zfp57 materno e zigotico modula il segnale NOTCH nella morfogenesi cardiaca.

CARATTERI-MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE

Common genetic variants influence human subcortical brain structures. Nature 2015:520:224. L’alta complessità delle strutture cerebrali è condizionata da numerosi fattori genetici. Le regioni sottocorticali formano circuiti con le aree corticali per la coordinazione dei movimenti, la memoria, l’apprendimento e le motivazioni. Alterazioni di tali circuiti possono causare patologie comportamentali e malattie. Per identificare le varianti genetiche comuni associate alle strutture di tali regioni è stato applicato un’analisi GWAS dei volumi di sette regioni sottocorticali e il volume intracranico, valutati con MRI, di 30.717 persone di 50 diverse coorti. Identificate 5 nuove varianti genetiche associate al volume del putamen e del nucelo caudato, oltre ad una forte, maggiore di quanto ritenuto, associazione di 3 loci noti che influenzano il volume ippocampale e il volume intracranico. Le varianti associate al volume del putamen sono in cluster vicino a geni dello sviluppo che regolano l’apoptosi, la guida assonica e il trasporto vescicolare. Utili informazioni per la comprensione dei meccanismi patogenetici delle patologie neuropsichiatriche.

Fine mapping of type 1 diabetes susceptibility loci and evidence for colocalization of causal variants with lymphoid gene enhancers. Nature Genetics 2015;47:381. Il meccanismo patogenetico del Diabete 1 è la distruzione su base autoimmunitaria delle cellule β pancreatiche con conseguente dipendenza dalla somministrazione esogena di insulina per controllare il livelli ematici di glucosio. In questo lavoro ricorrendo all’Immunochip si è voluto identificare altri loci del DM1, meglio definire il loci noti a rischio e la localizzazione degli SNP significativi rispetto alle sequenze regolatorie nei tessuti e confrontare i risultati con quelli ottenuti in altre malattie immunitarie. Analizzato un ampio campione di affetti (quasi 10.000) e controlli UK. L’analisi comparativa con altre 15 malattie autoimmunitarie dice che DM1 è geneticamente molto simile all’artrite idiopatica giovanile e significativamente dissimile dalla colite ulcerosa e consente di individuare altri 3 nuovi loci a rischio di DM1. Gli SNP associati a DM1 sono localizzati in siti intensificatori (enhancer) attivi nel timo, nelle cellule T e B e nelle cellule staminali CD34+. Ora sarà possibile analizzare le interazioni enhancer-promotore in queste cellule per identificare i geni e le sequenze regolatorie causali.

A common variant mapping to CACNA1A is associated with susceptibility to exfoliation syndrome. Nature Genetics 2015;47:387. La sindrome da esfoliazione (XFS) è una patologia sistemica dell’adulto (>50 anni) con produzione ed accumulo di materiale fibrillare extracellulare in molti tessuti oculari, in particolare sulla superficie anteriore del cristallino. La complicazione più grave è il glaucoma. Ma il deposito di materiale avviene anche intorno ai vasi sanguigni e in altri organi. Con GWAS è stato individuato il gene di suscettibilità LOXL1, poi con altri studi varianti genetiche associate a XFS con differenze (allelic reversal) dipendenti dall’etnia di provenienza. Questo fa pensare a complessi meccanismi genetici ed ad altri loci di suscettibilità. Ampio studio con GWAS di vari gruppi etnici. Risultati: individuato un nuovo locus di suscettibilità (CACNA1A) e confermata l’associazione con LOXL1, oltre all’effetto associativo differente in base all’etnia (giapponesi vs non giapponesi). Utili info per comprendere la biologia e la patogenesi di questa patologia.

Genetically Determined Height and Coronary Artery Disease. NEJM 2015;372:1608. C’è una relazione inversa tra statura e rischio di malattia coronarica (CAD). Studi di meta-analisi ci dicono che una diminuzione di 1DS (ca. 6.5 cm) di altezza sono associa ad un incremento relativo dell’8% (IC 95% 6-10) di rischio di CAD. Gli A hanno voluto testare l’associazione tra statura e alleli associati all’altezza di 65.066 casi di CAD e 128.383 controlli. Si dimostra che c’è un’associazione primaria tra bassa statura geneticamente determinata e aumento di rischio di CAD, confermando i risultati degli studi epidemiologici, associazione almeno in parte riconducibile alla relazione tra bassa statura e sfavorevole profilo lipidico. Probabilmente vi sono pathway biologici comuni che determinano l’altezza definitiva e lo sviluppo di processi aterosclerotici, che spiegano in parte l’associazione osservata.

The Genetic Architecture of the Human Immune System: A Bioresource for Autoimmunity and Disease Pathogenesis. Cell 2015;161:387. Gli AA (buona parte italiani emigrati in UK-USA) hanno effettuato uno studio di associazione GWAS di 151 caratteristiche immunitarie ad alta ereditabilità (>96%) identificando 241 SNP di 11 loci genetici, 9 nuovi, che spiegano oltre il 36% della variazione di 19 di queste caratteristiche. Un database disponibile a tutti utile per favorire l’identificazione dei meccanismi autoimmunitari e infettivi.