Scelta di articoli
di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Novembre
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
Standardized
phenotyping enhances Mendelian disease gene identification. Nature
Genetics 2015;47:1222. L’applicazione
del NGS nelle malattie rare e geneticamente eterogenee clinica ha rivoluzionato
l’identificazione di geni con varianti dominanti patogenetiche. Minor successo
è stato documentato per geni con varianti recessive associate a malattie. E’ comunque
esperienza comune che in clinica le difficoltà interpretative sono tuttora una
grossa sfida soprattutto per malattie con eterogeneità fenotipica e genetica.
Trovare in un solo pz una variante rara deleteria in un nuovo gene non vuol
dire che questa sia la causa della patologia da cui è affetto, ma anche se la
trovassimo in un numero ridotto di pz con fenotipo parzialmente sovrapponibile
non possiamo escludere che questo sia dovuto al caso e che potrebbe essere
presente anche in persone non ammalate. Nel lavoro commentato (Discovery of
four recessive developmental disorders using probabilistic genotype and
phenotype matching among 4,125 families. Nature Genetics 2015;47:1363)
viene descritto un nuovo approccio statistico che tiene conto sia delle
informazioni fenotipiche che genotipiche per scoprire nuovi geni associati a malattie
recessive. Tale approccio è stato usato in una coorte di 4.125 pz con disordini
dello sviluppo tenendo conto della frequenza in una specifica popolazione della
variante e basandosi sul confronto fenotipico tra pz con mutazioni dello stesso
gene candidato in questa popolazione. Con il risultato di aver individuato 4
nuove malattie autosomiche recessive ciascuna dovuta a mutazione un gene: KIAA0586, HACE1, PRMT7 or MMP21.
E’ interessante sottolineare che nello
stesso fascicolo viene pubblicato un lavoro (MMP21 is mutated
in human heterotaxy and is required for normal left-right asymmetry in
vertebrates. Pg. 1260) in cui applicando l’analisi WES/WGS sono state
individuate due famiglie non consanguinee con mutazioni di uno di questi geni con
eterotassia (sito ambiguo) familiare talora associata a difetti cardiovascolari
complessi. Sempre in quest’ultimo lavoro sono state ricercate mutazioni di
MMP21 in un gruppo di 264 pz con difetti di lateralità con l’identificazione di
altri 9 pz con mutazioni recessive. E nel topo mutante Mmp21 e nello zebrafish
mmp21 morfolino si sviluppa rispettivamente eterotasssia e anomalo ripiegamento
cardiaco suggerendo un nuovo ruolo del rimodellamento della matrice
extracellulare nello stabilire la lateralità.
Fa notare il commento che “nowadays,
all genes can easily be sequenced, and there seems to be less of a need for
extensive initial clinical phenotyping” (il che non significa assolutamente che
il Genetista clinico sia destinato a scomparire, ma solo deve riciclarsi
svolgendo un importane ruolo nell’interpretazione dei risultati di WES/WGS,
ndr) e che è preferibile l’approccio ‘genotype-first’ soprattutto per patologie
del neurosviluppo eterogenee sia clinicamente che geneticamente. Questo non
vuol dire, sottolinea il commento, che l’inquadramento fenotipico preciso
pretest non debba essere fatto, anzi per studi di casistica come quello
presentato è fondamentale il contributo di genetisti clinici esperti applicando
al campione reclutato una metodologia di descrizione fenotipica precisa e standardizzata,
come HPO (Human Phenotype Ontology), utile per studiare la sovrapposizione
fenotipica tra malattie mendeliane.
Small island, big
genetic discoveries. Nature
Genetics 2015;47:1224.
Commento entusiasta di 3 articoli di AA italiani sul ricorso al sequenziamento
genomico in Sardegna identificando nuovi geni e varianti di sequenza dei lipidi
ematici, dei marcatori infiammatori, dei livelli di emoglobina e della statura
adulta. Dice il commento che questi risultati sottolineano ancora una volta
l’utilità di tale sequenziamento su larga scala soprattutto in isolati di
popolazione per studiare la genetica dei caratteri complessi.
MALATTIE NEUROLOGICHE/NEUROMUSCOLARI/NEURODEGENERATIVE/
PSICHIATRICHE
***
Out of one mutation, many Huntington’s disease effects. Lancet Neurology
2015;14:1071. Commento di Personal View (Treating the whole body in Huntington’s
disease. Pg.1135) in cui si sottolinea l’accumulo di letteratura negli ultimi 25 anni sulla
presenza di manifestazioni extra SNC nella m. Huntington, il che non dovrebbe
meravigliare perché la proteina mutante (huntingtina) è espressa in molti
organi, oltre al cervello (Fig. 1). Prestare attenzione e trattare questa
sintomatologia periferica, come le risposte infiammatorie, alterazioni sistemiche
del metabolismo della chinurenina (metabolita del triptofano)(Fig. 2) e la
disfunzione epatica, potrebbe contribuire a modulare importanti processi
cerebrali e in ogni modo produrre effetti benefici sulla persona. La mutazione
causa della m. Huntigton (espansione polyQ nel primo esone del gene) comporta
una serie di conseguenze patogenetiche (sregolazione trascrizionale, alterato
trasporto intracellulare, alterata autofagia e del metabolismo calcico
neuronale, danno neuronale da eccitotossicità, alterato metabolismo del
colesterolo neuronale, disfunzione astrocitica e altro) con un meccanismo sia di
acquisizione che di perdita di funzione. Si propongono studi prospettici nei pz
(cause di morte, processi infiammatori ed efficacia degli anti infiammatori,
effetti della supplementazione melatoninica e funzione degli organi periferici
con effetti sul SNC, come gluconeogenesi e clearance epatica di azoto) e su
possibili sperimentazioni animali per verificare nel modello animale gli
effetti di agenti proinfiammatori e di modulatori della concentrazione di
triptofano. Con lo scopo di agire sulla progressione della malattia e
migliorare se possibile la qualità di vita dei pz (ottimo, sarebbe utile
applicare la stessa attenzione e terapia ai segni extra SNC per altre malattie
neurodegenerative ancora più frequenti, ndr).
Differential responses to lithium in
hyperexcitable neurons from patients with bipolar disorder. Nature Novembre 2015 doi:10.1038/nature15526. Il disturbo bipolare è un
disordine neuropsichiatrico complesso classificato dall’OMS nel gruppo delle
principali malattie per morbilità e perdita di produttività e caratterizzato da
episodi intermittenti di mania e depressione, con un 15% dei pz che si
suicidano. Alcuni pz traggono ottimo beneficio con la terapia con litio, altri,
per motivi non noti, no. Sarebbe quindi utile disporre per il Disturbo bipolare
di un modello biologico. In questo lavoro si è sviluppato un modello di
malattia con le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) e sono stati
studiati i fenotipi cellulari dei neuroni del giro dentato dell’ippocampo
derivati da pz con tale patologia. Nei giovani neuroni dei pz sono state notate
anomalie mitocondriali e un’iperattività di firing. Questa ipereccitabilità dei
nuovi neuroni si normalizzata con trattamenti con litio solo nei neuroni
derivati da pz sensibili a questo farmaco. Quindi l’ipereccitabilità è un
precoce endofenotipo del disturbo bipolare utile per cercare nuovi farmaci per
il trattamento di questa grave patologia.
Brain study
seeks roots of suicide. Nature 2015;528:19. In buona parte delle sperimentazioni cliniche vengono
esclusi coloro che hanno tentato il suicidio, e quindi mancano informazioni su
come curare queste persone. Meno del 10% dei depressi tenta di uccidersi e
circa il 10% delle persone che si sono suicidate non erano mai state
considerate persone con problemi mentali. Nello studio, partito nel Novembre
2015, verranno reclutate persone che hanno tentato il suicidio nelle due
settimane precedenti il reclutamento, altre che lo hanno tentato anni prima,
altre con patologie psichiatriche che non hanno mai tentato il suicidio e
controlli per capire i meccanismi cerebrali associati all’impulso suicida. Con
il ricorso, per chi ha tentato poco tempo prima il suicidio, a ketammina, una
sostanza psicoattiva (party drug) talora usata nella
depressione. E verranno anche studiati gli aspetti psichiatrici e cercati
eventuali biomarcatori. Alla giusta obiezione etica delle difficoltà di
ottenere un consenso veramente informato da coloro che recentemente hanno
tentato il suicidio si contrappongono i possibili vantaggi che si potranno
trarre da questi studi.
A seat at the table for people with Parkinson’s disease. Lancet
Neurology 2105;14:1077. A new era of
patient-driven research in health care. Un ottimo esempio di network con la
partecipazione diretta dei pz nella ricerca (Parkinson’s Excellence Network)(http://www.parkinsons.org.uk/professionals).
AUTISMO
Gene hunting in autism spectrum disorder: on the path to precision
medicine. Lancet
Neurology 2015;14:1109. L’autismo
(disturbo dello spettro autistico)(ASD), frequente (1% persone) patologia del neurosviluppo, è
caratterizzato da diversi fenotipi spesso associati a disabilità intellettiva
(36%), di linguaggio (50%) ed epilessia (5-15%) con importante componente
genetica ed ambientale. E’ stato oggetto in questi ultimi anni di numerosissimi
studi che hanno contribuito a chiarirne almeno in parte gli aspetti genetici e
patogenetici facendone un modello per comprendere la genetica e la genomica di
altre comuni malattie neuropsichiatriche. In questo articolo, parte di una
serie di articoli sull’autismo, vengono descritti i concetti di base
dell’architettura genetica delle malattie comuni diversa da quella delle
malattie da mutazioni rare e penetranti, i progressi nell’identificazione dei
geni causativi ricorrendo alle varie tecniche dal linkage all’analisi di CNV,
GWAS e sequenziamento esomico per identificare varianti de novo e infine il concetto di endofenotipo (o fenotipo intermedio
che è una marcatore biologico intermedio tra genotipo e fenotipo che è il
prodotto diretto dell’azione dei singoli geni
che predispongono allo sviluppo di questo carattere complesso) (https://www.google.it/?gws_rd=ssl#q=endofenotipo) e il suo utilizzo per l’identificazione dei geni causativi
(endofenotipi possono essere l’epilessia precoce, la disabilità intellettiva e
le malformazioni cerebrali). Questo per contribuire a migliorarne il management
clinico e superare le difficoltà sia diagnostiche che terapeutiche dovute alla
considerevole eterogeneità genetica del ASD applicando una medicina di
precisione. In Tab. vengono elencati 33 geni con 2 o più varianti de novo o rare ereditate in probandi con
ASD e la loro funzione.
Progress in autism and related disorders of brain development. Lancet Neurology
2015;14:1069. In questo commento sullo stesso fascicolo si sottolineano
le difficoltà nosologiche (DSM-5) che ostacolano l’individuazione dei pathway
specifici per le varie categorie e per le patologie del neurosviluppo che
frequentemente accompagnano l’autismo, come la disabilità intellettiva, le
epilessie e le malformazioni cerebrali in particolare l’agenesia del corpo
calloso, l’ipoplasia cerebellare e la megalencefalia, patologie che, come il
grave autismo, sono patologie da alterato sviluppo embrionale. Dagli studi
genetici risulta che i vari geni associati al ASD condividono un numero
limitato di pathway molecolari (viene fatto l’esempio del pathway PI3K–AKT–mTOR e
dell’interazione dei geni della s. Rett) che fa ben
sperare nella possibilità di intervenire in futuro ad una specifica terapia non
limitata alla soppressione dei sintomi ma ad una modificazione fenotipica.
Genes,
circuits, and precision therapies for autism and related neurodevelopmental
disorders. Science 2015;350:926. Bellissima
Review sulla medicina di precisione per l’autismo e le malattie correlate con i
risultati della ricerca translazionale che ha reso possibili sperimentazioni cliniche
almeno per alcune malattie come la s. X Fragile, s. Rett e la Sclerosi Tuberosa
(efficace lo schema della ricerca traslazionale applicata per queste tre
malattie). Il fenotipo dei pz con queste condizione è ora noto in dettaglio
applicando le nuove tecniche di imaging ed elettrofisiologiche con lo scopo di
identificare possibili biomarcatori. Di queste malattia abbiamo buoni modelli
cellulari ed animali che hanno consentito sperimentazioni precliniche e
cliniche (Fig. 3). Sono riportati in Fig. 1 i vari pathway molecolari coinvolti
nelle patologie del neurosviluppo e in Tab. 1 le varie sperimentazioni ed i farmaci
applicati oltre alle tre malattie sopra precisate anche per la s. Down, s.
Angelman e s. Phelan-McDermid.
Compromising
the phosphodependent regulation of the GABAAR β3 subunit
reproduces the core phenotypes of autism spectrum disorders. PNAS
2015;112:14805. Studio in vitro e in vivo (topo)
da cui risulta che alterazioni della fosforilazione e/o dell’attività dei recettori
per GABA tipo A contenenti le subunità β3 possono contribuire alla
fisiopatologia dell’ASD.
Resting-state
functional connectivity predicts longitudinal change in autistic traits and
adaptive functioning in autism. PNAS 2015;112:E6699.
Lo studio del comportamento delle persone con autismo non aiuta a prevederne
l’evoluzione. Vi sono persone (poche) con autismo che raggiungono un grado di
indipendenza ottimale. Vi è comunque la necessità di trovare previsori
dell’esito della patologia per rendere più efficace la terapia e i servizi di
cui abbisognano. In questo lavoro è stata valutata la connettività funzionale a
riposo mediante MRI cerebrale (rs-fcMRI) di 31 maschi con autismo di età medi
di 18 anni e poi seguiti oltre 1 anno (follow up medio 2a10m) con valutazioni
del comportamento adattivo e dei caratteristici segni autistici. Il 44% ha avuto al termine dello studio una
significativa modificazione del punteggio relativo al comportamento adattivo.
La connettività tra i 3 diversi network dello stato di riposo è risultata chiaramente
predittiva dei futuri comportamenti autistici. Inoltre la connettività del
network dell’area cerebrale della rilevanza (salienza)(insula
anteriore, corteccia cingolata anteriore) è associata ad una miglioramento del
comportamento adattivo (sensibilità 100% e specificità 71%). Questo fa ritenere
che potrebbe essere possibile prevedere l’evoluzione della patologia e che
sembra esserci un network cerebrale coinvolto nei comportamenti autistici e
nella riduzione dei sintomi.
GENETICA UMANA/CLINICA
***
Imprinted X
chromosome inactivation offers up a double dose of epigenetics. PNAS 2015;112:14408. Commento
dell’articolo Xist imprinting is
promoted by the hemizygous (unpaired) state in the male germ line. Pg. 14415. Bella introduzione all’argomento del Commento, che
sintetizza un fenomeno complesso in poche parole: l’inattivazione casuale di un
cromosoma X nella femmina (se non avviene c’è letalità embrionale) che porta
alla equiparazione maschi femmine di buona parte dei geni sul cromosoma X è uno
dei più affascinanti eventi epigenetici della biologia cromosomica. Il fenomeno
viene genericamente definito come epigenetico e gli studi molecolari del XCI e
dell’imprinting genomico hanno chiarito come i meccanismi epigenetici
contribuiscano alla regolazione genica tanto che vengono da alcuni chiamati i
membri fondatori del campo dell’epigenetica. Il commento descrive in breve la “very
busy life” del cromosoma X e le due tappe dell’inattivazione introducendo così
il significato e le conclusioni del lavoro. La distinzione epigenetica tra X
paterno o materno è ereditata dai gameti e determina un’inattivazione
preferenziale dell’X paterno. Quando Xist (long noncoding
X-inactivation–specific transcript) è presente in due copie (una per cromosoma
omologo) il gene non dimostra l’espressione specifica paterna nell’embrione
femmina, mentre quando è presente in una sola copia il gene che non ha un
partner appaiato alla meiosi ha una forte espressione imprinting.
An insight into the natural history of spinocerebellar ataxias. Lancet
Neurology 2015;14:1067. Le
Atassie spinocerebellari sono un gruppo di malattie
neurodegenerative geneticamente e clinicamente eterogenee trasmesse con
modalità autosomica dominante. Le più comuni (oltre il 50% dei pz) sono SCA1,
SCA2, SCA 3 e SCA 6 da espansione trinucleotidica (CA) della regione
codificante dei rispettivi geni e per questo chiamate poliglutaminopatie. Non
c’è cura per queste condizioni che sono a comparsa in età adulta (<20 anni o
>40 anni) e progressive. Il lavoro commentato (Long-term disease
progression in spinocerebellar ataxia types 1, 2, 3, and 6: a longitudinal
cohort study.Pg. 1101), un gruppo di lavoro (molti AA italiani) del
consorzio EUROSCA, presenta i risultati di un studio di coorte longitudinale nel
periodo 2005-2013 di 526 pz con una delle 4 SCA su riportate, di cui l’88%
visti in follow-up almeno una volta e seguiti annualmente nei primi 3 anni e
poi irregolarmente nei successivi 8 anni, di età >18 anni, valutati presso
17 centri europei, per contribuire a conoscerne la progressione e i fattori
contribuenti la progressione di queste condizioni (ClinicalTrials.gov, number NCT02440763). La
progressione è più rapida per la SCA1, intermedia per SCA2 e SCA3, lenta per SCA6.
Come fattori di progressione per SCA1 l’età alla inclusione nello studio e
l’espansione della tripletta mentre per SCA2 la progressione dipendeva solo
dall’età dell’inizio della sintomatologia. L’aumento del numero di segni non
atassici si stabilizza col tempo per SCA1, SCA2 e SCA3, mentre per SCA6 cresce
linearmente, ma più lentamente. Non è stato approfondito se vi sia una
relazione nel tempo tra progressione clinica e neuroimmagini per verificare gli
effetti delle modificazioni morfologiche sulla progressione. Questi risultati
eccellenti, ottenuti con la collaborazione di un gran numero di centri
costituisce un modello di network adottabile per molte malattie, e consentono
di migliorare la caratterizzazione dello stadio prodromico e lo sviluppo di
biomarcatori.
Acting
on incidental findings in research imaging. BMJ 2015;351:h5190. Gli
incidental findings (IF) non riguardano solo noi genetisti medici ma anche i
radiologi. Infatti IF con implicazioni per la salute si trovano nel 3% di
partecipanti a ricerche sottoposti a neuroimmagini (aumentano al 30% per partecipanti di età >70 anni). Per
accertamenti del torace e addome gli IF si trovano nel 14%-50% di pz e nel
29%-94% di volontari, particolarmente per immagini cardiache e del colon. Da
aggiungere poi gli artefatti che vengono scambiati per anomalie da ricercatori
con poca esperienza clinica. In questa analisi vengono discusse le implicazioni
personali, etiche, mediche ed i costi e come evitare di trasformare soggetti
sani in pz ansiosi appesantendo il sistema sanitario con eccessi diagnostici (da
leggere bene perché l’analisi affronta alcuni aspetti in comune con la gestione
dei pz con IF al test esomico).
Nature Outlook: Big data in Biomedicine. Nature
November 2015:527:S1. Costa meno sequenziare i tre miliardi
di paia di basi del DNA del genoma di una persona che una risonanza magnetica. Ma
come tradurre questa gran quantità di dati raccolti con l’analisi del genoma
umano conservati nei vari laboratori in tutto il mondo e nelle cartelle cliniche
dei pz in una possibilità di cura? In questa Outlook alcune proposte:
Big Data. The power of petabytes. Searching for meaning in
the data. S2. Le difficoltà di
raccogliere, gestire ed analizzare milioni di gigabite.
Q&A. National genomics. UK approach to big data.
S5.
Proteomics. High-protein
research. The challenge of ‘practical genetics’. S6.
Collaborations. Mining
the motherlodes. International projects dig for data. S8.
Cancer. Reshaping the
cancer clinic. A personalized approach to disease. S10.
Mobile Data. Made to
measure. Sensing a health revolution. S12.
Deep Phenotyuping. The
details of disease. Deep data leads to precision medicine. S14.
Perspective. Sustaining
the big-data ecosystem. Evolving models to access information. S16.
Q&A. Better
insights, better drugs. Drug discovery. S18.
Research
Challenges. 4 big questions. Puzzles facing the drive for data. S19. Le
difficoltà nell’accedere alle cartelle cliniche.
Discovery and functional
characterization of a neomorphic PTEN mutation. PNAS 2015;112:13976. Con il sequenziamento dell’intero genoma di un tumore
prostatico è stata trovata una mutazione di PTEN (p.A126G) che conferisce a
PTEN un’acquisizione di funzione enzimatica, mutazione che ricorrendo a studi
computazionali ed in vitro produce un
effetto di aumentata migrazione cellulare diversa dalle classiche perdite di
funzione del gene ed il cui effetto può essere mitigato ricorrendo ad inibitori
chimici di PI3K. Quanto osservato ha implicazioni dirette in oncologia ma lo
segnalo anche perché si dimostra che la mutazione non annulla la nota funzione
di oncosoppressione del gene ma fa invece acquisire una funzione protumorale
(Ndr: utile da tenere presente in Genetica Clinica il
meccanismo patogenetico e anche il fenotipo che può cambiare a seconda delle
mutazioni, come ad es. Ionic
leakage underlies a gain-of-function effect of dominant disease mutations
affecting diverse P-type ATPases. Nature Genetics 2014;46:144)(Articoli
Febbraio 2014).
A 3′ untranslated region variant in FMR1 eliminates neuronal
activity-dependent translation of FMRP by disrupting binding of the RNA-binding
protein HuR. PNAS 2015;112:E6553. La s. X
Fragile è una frequenta malattia genetica con disabilità intellettiva dovuta
alla mancanza o alla disfunzione della proteina FMRP, codificata da FMR1, molto
espressa nei neuroni. E’ noto, ma non si sa bene come, che vi è una
fondamentale tappa del mantenimento della dinamica sinaptica costituita da
un’aumentata regolazione della sintesi di FMRP in risposta a specifici segnali
neuronali. In questo studio, ricorrendo a tecniche genetiche biochimiche e di
biologia cellulare, viene descritto l’impatto funzionale di una variante al 3’
UTR di FMR1 (c.*746T>C) che determina la perdita di tale risposta e che può
essere correlata al ritardo di sviluppo presente in chi ne è portatore. Questo
allele, che si trova in 1:160 maschi con ritardo dello sviluppo, può costituire
una base genetica sinora non nota del ritardo di sviluppo tramite una
sregolazione di FMR1.
Peroxisomes Get
Loud: A Redox Antidote to Hearing Loss. Cell 2015;163:790. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (Hypervulnerability to Sound Exposure through
Impaired Adaptive Proliferation of Peroxisomes. Pg. 894) in cui è stata studiata
una proteina identificata grazie a studi in famiglie pachistane con ipoacusia
neurosensoriale che regola la dinamica dei perossisomi e la difesa
antiossidante provocata dall’esposizione ai rumori nelle cellule ciliate e nei
neuroni uditivi dell’orecchio interno. I perossisomi, organelli cellulari
contenenti enzimi ossidativi, saranno quindi in primo piano nella ricerca relativa
alla sordità. La patologia uditiva è dovuta a mutazione
d PJVK, che codifica la proteina chiamata pejvakin, a funzione non nota e
presente solo nei vertebrati, che quando mutata causa la sindrome con ipoacusia
a trasmissione AR DFNB59 (MIM #610220). Vi è una certa correlazione
genotipo-fenotipo con i pz con mutazioni troncanti, rispetto a quelli missenso,
che hanno un’assenza delle emissioni otoacustiche, anche se alcuni con missenso
hanno lo stesso fenotipo. Varia anche l’entità dell’ipoacusia (media-grave),
che può anche essere progressiva facendo pensare all’influenza di fattori
esterni. Nel lavoro, ricorrendo a modelli murini, si conclude che l’attività
antiossidante dei perossisomi protegge il sistema uditivo dal danno prodotto
dal rumore.
Glycosylation
inhibition reduces cholesterol accumulation in NPC1 protein-deficient cells. PNAS 2015;112:14876. Le lipoproteine plasmatiche con esteri colesterinici si legano ai recettori
delle lipoproteine a bassa densità che li localizza nei lisosomi dove il
colesterolo è rilasciato e poi esportato ad uso delle cellule. La proteina
carente nella m. Niemann-Pick tipo C (NPC1) è necessaria per l’esportazione del
colesterolo e la sua carenza causa un accumulo lisosomiale. In questo lavoro si
suggerisce un modello in cui la proteina NPC1 aiuta il trasferimento del
colesterolo passando la barriera glicocalice che protegge la membrana limitante
dall’azione degli enzimi degradativi.
The indispensable genome. Science;2015;350:1028. Commento di
3 pubblicazioni (due sullo stesso fascicolo di Science e una su Cell) che arrivano
alla stessa conclusione con tecniche diverse: circa 2.000 geni sono ritenuti
indispensabili per la divisione cellulare e la vita delle cellule umane. Questo
apre la via alla comprensione del ruolo dei geni essenziali, come questi
dipendono dal contesto genetico e tissutale e come evolvono. E a studi,
ricorrendo a alleli condizionali (che si esprimono solo in date condizioni) di
questi geni, per esplorarne i fenotipi terminali ed i meccanismi molecolari
della letalità associata all’alterazione di varie funzioni essenziali.
Gene
essentiality and synthetic lethality in haploid human cells. Pg. 1092.
Identification
and characterization of essential genes in the human genome. Pg. 1096.
High-Resolution
CRISPR Screens Reveal Fitness Genes and Genotype-Specific Cancer Liabilities.
Cell 2015;163:1515.
MODELLI ANIMALI
E NUOVE TERAPIE
***
Reversal of phenotypes in MECP2 duplication
mice using genetic rescue or antisense oligonucleotides. Nature 2015;528:123. La sindrome da duplicazione di MECP2 è un
comune riarrangiamento che nei maschi è causa di autismo, disabilità
intellettiva, disfunzione motoria, ansietà, epilessia, infezioni respiratorie
ricorrenti e morte precoce. Un così ampio effetto clinico da sovraespressione
di MeCP2 rende difficile pensare al tradizionale approccio terapeutico che ha
come obiettivo uno specifico pathway. L’assenza di un processo neurodegnerativo
in questa sindrome fa pensare che riportare a livelli normali MeCP2 nel topo
adulto con duplicazione MECP2 potrebbe normalizzarne il fenotipo. Per verificare
questa ipotesi è stato preparato un modello murino con sovraespressione
condizionale di Mecp2 in cui si dimostra che la normalizzazione di espressione
di MeCP2 riduce in modo significativo il fenotipo patologico sia
comportamentale, che molecolare ed elettrofisiologico. L’iniezione
steroetassica cerebrale di oligonucleotidi antisenso, piccole molecole che
ibridizzano selettivamente con mRNA trascritto e silenziano il gene, in topi
transgenici con duplicazione MECP2 adulti e sintomatici riducono gli effetti
fenotipici. In vitro, nelle cellule linfoblastoidi di pz con duplicazione MECP2
correggono i livelli di MECP2 in modo dose-dipendente. Gli AA concludono che il
ricorso ad oligonucleotidi iniettati a livello cerebrale potrebbe costituire un
approccio terapeutico non solo per la duplicazione di MECP2 ma anche
potenzialmente per altre condizioni con sovraespressione di geni come PMP22
nella Charcot-Marie-Tooth, di RAI1 nella s. Potocki-Lupski (dup17p11.2) e di
DYRK1A nella s. Down.
Genetic
analysis of the contribution of LTBP-3 to thoracic aneurysm in Marfan syndrome.
PNAS
2015;112:14012. La s. Marfan è una relativamente
frequente malattia autosomica dominante del tessuto connettivo da mutazione del
gene codificante la proteina microfibrillare fibrillina-1 MIM #154700). Come
noto predispone all’aneurismo aortico toracico e alla sua rottura ed è
associato ad un incremento del segnale TGFβ (fattore di crescita trasformante
beta), segnale che è secreto dalle cellule come parte di un complesso
biologicamente latente (LLC) composto da LTBP (latent TGFβ binding protein).
L’ipotesi patogenetica attuale è che la fibrillina anomala causi un’alterata
incorporazione nella matrice di LLC che porta ad un’aumentata attività del
segnale TGFβ con conseguente patologia aortica. Nel modello murino di Marfan con
la soppressione di Ltbp3 (la parte funzionalmente importante di Ltbp) non si
sviluppa né aneurisma aortico né rotture dell’aorta suggerendo un ruolo chiave
di LTBP-3 nella patogenesi della patologia aortica e una possibile opzione
terapeutica per questa grave e comune malattia.
Jagged 1
Rescues the Duchenne Muscular Dystrophy Phenotype. Cell
2015;163:1204. Sono poco efficaci gli approcci
terapeutici attuali per la m. Duchenne (DMD). Sappiamo però, grazie a
moltissimi studi sui meccanismi molecolari in questa grave malattia genetica, che
vi sono pathway di segnale sregolati a causa dall’assenza di distrofina nel
muscolo degli aggetti affetti che potrebbero costituire bersagli terapeutici. Studiando
i modelli animali di DMD, si è osservato che vi sono cani (Golden retriever)
con DMD di grado molto lieve e altri invece grave. Il linkage, il
sequenziamento dell’intero genoma e lo studio del trascrittoma di questi due fenotipi
ha consentito di individuare nei cani con DMD lieve un’aumentata espressione di
Jagged 1, che è un regolatore del patwhay di segnale Notch (per inciso nell’uomo
mutazioni di JAG1 sono causa della s. Alagille 1, mentre mutazioni di NOTCH2
causano la s. Alagille 2). La sovraespressione di Jagged 1 nel modello di
zebrafish, carente di distrofina, normalizza il fenotipo. Quindi due differenti
modelli animali ci dicono che potrebbe essere un approccio terapeutico favorire
l’incremento di espressione del gene nel muscolo di affetti.
Scaling up
phenotyping studies. Nature Biotechnology 2015;33:1150. Commento
dell’articolo Analysis of
mammalian gene function through broad-based phenotypic screens across a
consortium of mouse clinics. Nature Genetics 2015;47:969 con cui si è studiato il fenotipo di
geni KO nel topo per decifrare il ruolo dei singoli geni in sistemi biologici
complessi. Poco sappiamo infatti del ruolo di gran parte dei nostri geni. In
passato sono stati condotti studi sull’effetto fenotipico di mutazioni di singoli
geni nel topo, ma la registrazione anche di piccole variazioni del fenotipo,
richiede una standardizzazione della metodica, che è stata effettuata in questo
lavoro nell’ambito dell’European Mouse Disease Clinic
Consortium (EUMODIC) in cui è stata standardizzata la raccolta e la
preparazione dei dati fenotipici in 4 differenti centri. Dopo la
standardizzazione sono stati identificati i fenotipi di 449 alleli mutanti di
320 geni, di metà di questi non si conosceva l’annotazione funzionale. L’83%
delle linee mutanti hanno anomalie fenotipiche e il 65% pleiotropia (effetti
fenotipici multipli di un gene, ndr). Con annotazione fenotipica differente tra
omozigoti ed eterozigoti. Questa analisi contribuisce a conoscere la funzione dei
geni analizzati anche rispetto al loro dosaggio genico e consente un utile
confronto tra modelli animali e malattie umane.
EPIGENETICA
The epigenome—a family affair. Science
2015;350:634. Già un
affare di famiglia. Perché le alterazioni epigenomiche si possono trasmettere
come anomalie di modificazione istonica nello sperma. Sino a 10 anni fa si pensava
che i meccanismi genetici e, in particolare, le sequenze di DNA sono
responsabili della trasmissione di caratteri da una generazione alla
successiva, ma ora sappiamo che anche i meccanismi epigenetici contribuiscono
alla trasmissione transgenerazionale. Quindi l’esposizione ad eventi non direttamente
mutageni da parte di una persona può alterare il suo fenotipo e quello dei suoi
figli e nipoti. Nel lavoro sullo stesso fascicolo (Disruption of histone methylation in developing sperm
impairs offspring health transgenerationally. Pg. 651) si dimostra che nel topo anche le alterazioni istoniche da
sole, senza che vi siano modificazioni del pattern di metilazione del DNA, possono
costituire la base biologica per la trasmissione transgenerazionale di difetti
di programmazione epigenetica responsabili di caratteristiche fenotipiche nelle
generazioni successive anche se non esposte all’evento modificante iniziale.
Condivisibile la conclusione del commento: fino a quando non conosceremo i vari
aspetti biologici della trasmissione epigenetica dovremo preoccuparci, come
facciamo, non solo del danno del nostro genoma, ma anche del danno ad opera di
fattori ambientali del nostro epigenoma, che è molto più “malleabile”, riguardo
gli effetti che l’uno e l’altro possono avere sulle successive generazioni.
Children
are the guardians of our genome. BMJ 2015;351:h6265.
I risultati di numerose ricerche nell’uomo e in altri mammiferi fanno ritenere
che l’esposizione in epoca prenatale e prima della loro pubertà possono contribuire
a produrre variazioni biologiche e lo stato di salute nella loro prole e che
questo effetto nell’uomo può addirittura interessare più di tre generazioni.
Abbiamo quindi tutti una grossa responsabilità nel promuovere iniziative in gravidanza,
come smettere di fumare, astenersi dall’alcool, dieta equilibrata, che fa bene
non solo per la gravida ma anche per la salute dei figli e dei figli dei figli.
E non solo in gravidanza ma anche nell’infanzia. Allora ecco il significato del
titolo e la fine di questa persona view: New findings in epigenetics and
transgenerational evidence demand urgency as we realise the consequences of
inaction on future generations.
GENOME EDITING
Outlook:
Genome Editing. Nature 2015;528:S1. Il termine “ingegneria genetica”
risale agli anni ’70, intendendo con questo modificare il DNA e curare le
malattie genetiche o creare il superuomo (qualcuno pensa comunque di esserlo
senza ricorrere a tale tecnica, ndr). Ma è stata fino a pochi anni fa un’illusione,
poi si è trovata una semplice tecnica che consente di modificare a piacimento sequenze
del genoma, facilmente, con una modesta esperienza e a basso costo (anche meno
di 65 US$) con ordine per posta. Il successo è stato enorme in vari campi.
Genome Editing: Three techologies that changed
genetics. S2.
Research. Biology’s big hit. S4.
Perspective. Embryo editing needs scrutiny. S6.
Perspective. Encourage the innovators. S7.
Disease. Closing the door on HIV. S8. Una
terapia già in fase molto avanzata “chiude la porta” delle cellule immunitarie
al virus HIV.
Medicine. Expanding possibilities. S10. Sono
fiorite compagnie di biotecncologia
per sviluppare nuove cure basate su questa tecnologia, anche se alcune malattie
sono più facilmente trattabili di altre.
Epigenetics. The genome unwrapped. S12.
Q&A. Cocktail maker: Tim Lu. S14.
Agriculture. A new breed of edits. S15.
Genome editing. 4 big questions. S17. Quanto
possiamo ridurre l’editing genomico in sede non voluta? Per quali malattie? Si
possono prevedere gli effetti fenotipici dell’editing genomico? Dobbiamo
applicarlo anche nelle linee germinali?
Vedi anche:
Recasting
Asilomar’s lessons for human germline editing. Nature Biotechnology
2015;33:1132.
UK funding
agencies weigh in on human germline editing. Nature Biotechnology 2015:33:1118. La possibilità di ricorrere al genome editing negli embrioni
è diversa da paese a paese, in USA la ricerca in questo campo non può essere
finanziata con fondi pubblici ma non è del tutto bandita, in UK ci sono
richieste in tal senso e vari organismi di ricerca e associazioni mediche
stanno valutandone l’opportunità, in altre nazioni è bandita, tra cui alcune
europee.
The landscape for human genome editing. Nature 2015;526:310. They are meeting in China; they
are meeting in the United Kingdom; and they met in the United States last week.
Around the world, scientists are gathering to discuss the promise and perils of
editing the genome of a human embryo. Should it be allowed — and if so, under
what circumstances? Bellissima mappa mondiale dei paesi in
cui l’editing genomico degli embrioni umani è bandito (per legge o per line
guida), è limitato ad alcune condizioni, non ben precisato se sì o no, e dove
non si sa.
Precision
Medicine. Nature 2015;526:335. Nature Insight della Medicina di precisione che è
(bellissima definizione, ndr) “.. a natural extension that integrates research
disciplines and clinical practice to build a knowledge base that can better
guide individualized patient care”. Vengono
presentate in questa raccolta review che ne presentano l’implementazione in
vari campi.
Building the foundation for genomics in
precision medicine Pg 336 in cui si
prospetta la necessità di una nuova organizzazione sanitaria che metta insieme
ricercatori, laboratori clinici, clinici e pazienti chiamato
“precision-medicine ecosystem”. Pharmacogenomics in the clinic, Pg. 343, nuovi sviluppi in farmacogenetica e Gene
therapy returns to centre stage. Pg 351 (autore italiano) nuovi sviluppi
nella terapia genica e infine Patient-centric trials for therapeutic
development in precision oncology. Pg. 361 con la necessità di ridisegnare
le sperimentazioni cliniche “to
match the right trial to the right patient”.
CARATTERI-MALATTIE
COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
La Genetica in Sardegna:
Small island, big
genetic discoveries. Nature Genetics Pg. 1224 (News & Views) e A new genomic
island. Nature Genetics 2015;47:1221 (editoriale) Commenti (il primo è un complimento che sicuramente inorgoglisce gli AA,
tutti italiani, ndr) quello di 3 lavori che hanno identificato nuovi geni e
nuove varianti di sequenza implicate nel metabolismo dei lipidi ematici,
marcatori infiammatori livelli emoglobinici e nelle variazioni staturali in
Sardegna. Il commento sottolinea l’utilità, peraltro ben nota, del
sequenziamento dell’intero genoma in isolati genetici per analizzare fenotipi
complessi.
Genome-wide association analyses based on whole-genome
sequencing in Sardinia provide insights into regulation of hemoglobin levels.
Pg. 1264.
Genome
sequencing elucidates Sardinian genetic architecture and augments association
analyses for lipid and blood inflammatory markers. Pg. 1272
Height-reducing
variants and selection for short stature in Sardinia. Pg 1352.
Partitioning heritability by functional annotation
using genome-wide association summary statistics. Nature Genetics 2015;47:1228. Nuovo
metodo statistico per l’interpretazione dei risultati con GWAS (genome-wide association study).
An atlas of
genetic correlations across human diseases and traits. Nature
Genetics 2015;47:1236. L’applicazione di GWAS non consente
di individuare correlazioni genetiche comuni di caratteri o malattie
differenti. In questo studio applicando una nuova metodologia (cross-trait LD Score regression)
è stata trovata una correlazione genetica tra anoressia nervosa e schizofrenia,
tra l’anoressia e l’obesità e tra successo formativo e molte malattie.
Trans-ancestry
genome-wide association study identifies 12 genetic loci influencing blood
pressure and implicates a role for DNA methylation. Nature
Genetics 2015;47:1282. Analisi GWAS dei fenotipi della
pressione arteriosa di 320.251 persone di diversa discendenza (asiatica, sud
asiatica ed europea). Identificate 12 nuovi loci associati alla pressione a.,
molti già noti da studi GWAS come associati ad altri fenotipi cardiovascolari e
metabolici. Come IGFBP3, KCNK3, PDE3A e PRDM6 che hanno un ruolo nella biologia cellulare della muscolatura
liscia vascolare e nella funzione renale (ARHGAP24, OSR1, SLC22A7 e TBX2). Si è osservato anche che gli SNP che
influenzano la pressione sanguigna sono associati alla metilazione a livello di
siti CpG e che la metilazione del DNA è associata ai valori di pressione
sanguigna.
Population genetic differentiation of height and body
mass index across Europe. Nature
Genetics 2015;47:1357. Dall’analisi con GWAS di 9.416
persone di 14 paesi europei si osserva che molti loci indipendenti
contribuiscono alle differenze di altezza e di BMI. Le differenze relative
all’altezza tra le popolazioni riflettono le previste medie di ogni popolazione,
mentre le differenze ambientali nei vari paesi europei mascherano la
differenziazione genetica del BMI.
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