Scelta di articoli
di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Marzo
2016 (alcuni anche di Aprile e Maggio) 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
Mitochondrial disease therapy from thin air? Science 2016;352:31. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Hypoxia as
a therapy for mitochondrial disease. Pg. 54)
che dimostra in vitro e in vivo e in un modello murino di
sindrome Leigh l’efficacia clinica della terapia con l’ipossia. Le malattie
mitocondriali, in buona parte genetiche, sono debilitanti e in genere associate
ad una precoce neurodegenerazione e non curabili, dovute ad un difetto della
catena respiratoria mitocondriale che tramite la fosforilazione ossidativa (OXPHOS)
produce l’energia cellulare (ATP). Molti elementi fanno pensare che vi siano meccanismi
endogeni o fattori ambientali che aiutinino a compensare il difetto
mitocondriale.
Nel
lavoro mediante lo screening con CRISPR-Cas9 in colture di cellule con
inibitore di un complesso della catena respiratoria sono stati individuati
fattori protettivi della crescita sottolineando un ruolo endogeno della risposta
ipossica di adattamento alla ridotta disponibilità di ossigeno. L’attivazione della
risposta ipossica, genetica o con piccole molecole, è risultata protettiva
anche in modelli di zebrafish. Nel topo KO di Ndufs4 (uno dei geni della s.
Leigh, sindrome che nell’uomo è la più comune malattia mitocondriale
pediatrica) l’ipossia cronica applicata dopo i primi 30 gg dalla nascita (O2
all’11%, che per l’uomo equivale a vivere a 4.500 di altezza, vs il 21% a
livello del mare) ha comportato un miglioramento significativo della
sopravvivenza, peso corporeo, temperatura, comportamento e dei biomarcatori di
malattia. Ci sono ancora da chiarire alcuni aspetti degli effetti di una
prolungata esposizione alla ipossia, ma potrebbe esser una buona speranza per
attivare sperimentazioni cliniche di malattie progressive e letali ora senza
cura.
Disabling
a gene may not be harmful. Nature
2016;531;142. Commento su di un articolo del 22 Aprile (Health and population effects of rare gene knockouts in adult humans
with related parents. Science 2016;352:474) in cui, tramite l’analisi dell’esoma di 3.222 adulti di origine
pachistana sani figli di consanguinei sono state trovate 1.111 varianti rare in
omozigosi con perdita di funzione (LOF) di 781 geni in 821 soggetti. Sono stati
osservati meno (del 13.7%) omozigoti con perdita di funzione in omozigosi
dell’atteso, il che fa pensare ad una mortalità precoce, e si è calcolato in
questa popolazione la frequenza di eterozigosi per varianti LOF letali è di 1.6
per adulto. In una femmina di questi adulti
l’omozigosi costituzionale (è stato escluso un mosaicismo) con stimata LOF del
gene PRDM9, gene ritenuto importante per la ricombinazione meiotica nell’uomo e
necessario per la fertilità nel modello murino, non ha avuto alcun impatto sul
suo stato di salute (vedi Spigolature Febbraio 2016)(Re-engineering the zinc fingers of PRDM9 reverses hybrid sterility in
mice. Pg. 171). E’ stato anche provato in questa donna, fertile, e nella
sua prole che i siti di ricombinazione sono localizzati in sedi lontane dai
siti di azione di PRDM9.
In
conclusione nell’adulto la mancata funzione di alcuni geni, a differenza di
quanto ritenuto sinora, può essere clinicamente non significativa (risultati da
tenere presente nella medicina personalizzata con il sequenziamento esteso alla
popolazione, ndr)(vedi anche http://www.sanita24.ilsole24ore.com/art/medicina-e-ricerca/2016-04-06/sclerosi-laterale-amiotrofica-studio-italiano-apre-nuove-possibilita-cura-121148.php?uuid=ACDbk91C).
Genetic
mutations you want. PNAS 2016;113:2554. Ci
sono mutazioni con perdita di funzione di un gene che hanno un effetto
protettivo, come SLC30A8 per il DM2 (vedi selezione Articoli dell’Aprile 2015 Loss-of-function mutations in SLC30A8 protect against
type 2 diabetes. Nature Genetics 2015;46:357)
o il noto gene CCR-5 in cui la mancanza di recettori cellulari conferisce
totale immunità contro il virus HIV. E poi ci sono persone fortunate che
sembrano sfidare le probabilità di patologie come i forti fumatori sani sino
alla vecchiaia o coloro che sfuggono alla malattia infettiva in un’epidemia o i
portatori sani di una mutazione patogena. L’individuazione dei meccanismi che
portano a questi inimmaginabili effetti può portare alla ricerca di un farmaco
che simula la mutazione, il che è più facile che annullare, come siamo abituati
a pensare, gli effetti dannosi prodotti da una mutazione. Ma trovare altri
esempi di mutazioni benefiche è difficile perché le nostre ricerca e i database
relativi ai risultati è dedicata alla malattia. Bisognerebbe invece rovesciare
completamente l’approccio metodologico studiando coloro che sono
eccezionalmente sani. Come uno studio di GWS in 44 anziani super-sani che sono
risultati portatori di mutazioni delle classiche malattie neurodegenerativa,
alcuni sono obesi, altri hanno fumato tutta la vita o un altro studio con WES
di 951 adulti sani, il 10% di questi era portatore di mutazioni completamente
penetranti di varie malattie ma la metà di questi erano completamente sani. Dai
vari studi in questi anni vi sono stati alcuni risultati come quello
riguardante la protezione delle infiammazione delle arterie (mutazioni di
ADIPOQ), alti livelli di colesterolo e disturbi cognitivi (mutazioni di CEPT),
animali che hanno una protezione per l’Ebola (mutazione in eterozigosi di NPC1),
una malattia neurodegenerativa, Kuru, dei cannibali della Papua Nuova Guinea
(mutazioni di PRNP, il gene della proteina dei prioni), Parkinson (mutazioni di
SGK1), una ridotta (53%) probabilità di malattia cardiovascolare (mutazioni di
NPC1L1). Queste conoscenze sono o saranno utili per la preparazione di farmaci
che agiscono sui geni o per applicare la tecnica del genome editing. Una nota
di cautela in tutti questi studi è costituita dal fatto che la ricerca di
mutazioni benefiche è complessa (ampi database) e difficile da provare
statisticamente anche per l’interazione genica e quindi il coinvolgimento
nell’effetto clinico del network di geni. Un progetto interessante è il Resilience
Project che in un campione di 1 milione di volontari andrà a cercare mutazioni
delle RASopatie per individuare portatori asintomatici.
Si
commenta che è necessario per individuare varianti protettive disporre di
un’enorme quantità di genomi e di informazioni fenotipiche perché “There is the
role of chance, there is the role of the environment, and there is the role of
the rest of the genetic background. So this is a complex interplay”.
Newborn testing and screening by
whole-genome sequencing. Genetics in Medicine 2016;18:214 commenta il lavoro sullo stesso fascicolo (Utility of whole-genome
sequencing for detection of newborn screening disorders in a population cohort of
1,696 neonates. Pg. 221) su un argomento attualissimo: applicare
più efficacemente e prontamente WGS in tutti i neonati come screening di
malattie curabili e soprattutto quelli che sono in terapia intensiva neonatale
e pediatrica in condizioni gravi e senza diagnosi.
La tecnologia attuale lo consente e a costi
accettabili 1.000 D USA per persona (3.000 per nucleo familiare) con alta
(>99.5%) sensibilità analitica e sensibilità e rapidamente (26 ore da
prelievo).
Ma è applicabile WGS nei neonati consecutivi normali
con molto più bassa probabilità a priori di malattie genetiche (<4% vs il
57%)? In questo lavoro si sono confrontati i risultati di WGS con quelli dello
screening neonatale allargato (NBS). Sono stati analizzati 163 geni di 1.696
neonati normali che sono o sono in programma di essere inclusi nel NBS
tradizionale. Ambedue le tecniche sono concordanti per l’88.6% dei veri
positivi e per il 98.9% dei veri negativi. Dei 5 neonati con malattia inclusa
nell’elenco NBS ne ha identificati 4 mentre WGS 2. NBS ha più falsi positivi di
WGS (0.17% vs 0.037%), ma WGS ha più risultati di significato incerto (0.90% vs
0.013%). In conclusione le due tecniche si integrano bene e insieme sono molto efficaci
in termini di successo diagnostico e nel riconoscimento dei falsi positivi.
Ed altri
lavori sullo screening neonatale (come Improving newborn screening for
cystic fibrosis using
next-generation sequencing technology:
a technical feasibility study. Pg
231), anche
questo commentato.
MALATTIE
NEUROLOGICHE/NEUROMUSCOLARI/NEURODEGENERATIVE/ PSICHIATRICHE
***
Guilt by genetic
association. Nature 2016;533:40. Commento di un
lavoro sullo stesso fascicolo (Parkinson-associated risk variant in distal enhancer
of α-synuclein modulates target gene
expression. Pg 95) in cui con la tecnologia dell’editing genetico si riesce
a spiegare il meccanismo con cui varianti di sequenza del gene SNCA, che
codifica l’α-sinucleina, sono state associate ad un
aumentato rischio di m. Parkinson. Nel lavoro si identifica una variante che aumenta
l’espressione di SNCA nei neuroni dell’uomo riducendo il legame del DNA di
proteine che inibiscono la trascrizione. Le varianti (SNP) di rischio, a
differenza delle forme familiari di Parkinson da mutazioni di SNCA, non
modificano la sequenza aminoacidica e quindi si è ipotizzato che siano
localizzate in sedi non codificanti. A riprova di un’aumentata espressione del
gene sappiamo che l’α-sinucleina raggiunge alti livelli nel SNC dei pz e si
accumula a
formare aggregati neurali (corpi Lewy) e che in rari casi familiari la
mutazione è costituita da una duplicazione dell’intero gene. In cellule
staminali embrionali umane di una persona ritenuta normale mediante CRISPR-Cas9
è stata tagliata una sequenza di 500 pb ritenuta un enhancer di ambedue gli
alleli del gene dove sono localizzati gli SNP (una ad alto ed una a basso
rischio). Ricorrendo ad una nuova tecnica di quantificazione dell’RNA di SNCA
per ogni cromosoma si dimostra che la variante a rischio comporta, a differenza
dell’altra, una sovraespressione del 10-20%. Nella sede dello SNP avviene
normalmente il legame con due fattori di trascrizione inibitori (EMX2 e NKX6-1) ed è possibile che l’aumentata
espressione di SNCA sia dovuta ad un ridotto legame di queste proteine con la
variante a rischio. Il commento, pur sottolineando alcuni punti da chiarire
(es. quello che avviene a livello di esperimento avviene anche a livello
cerebrale?), sottolinea che sarebbe utile applicare la stessa tecnica per altre
varianti di SNCA a rischio di Parkinson e che in generale questa tecnica
potrebbe costituire un modello per studiare perché uno SNP sia associato ad un
rischio di questa o di altre malattie.
Chromosomal deletion at 22q11.2 and Parkinson’s disease. Lancet Neurology
2016;15:538. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (Deletions
at 22q11.2 in idiopathic Parkinson’s disease: a combined analysis of
genome-wide association data. Pg. 585) sulla segnalazione di casi di
delezione 22q11.2 (la nota sindrome che include la s. Di George e la s.
Velo-cardio-facciale, con ampia variabilità clinica con palatoschisi,
dismorfismo facciale, difetti cardiaci, anomalie scheletriche, ritardo
psico-motorio e deficit cognitivo e rischio di disturbi psichiatrici a comparsa
nell’adolescenza) che hanno poi sviluppato un Parkinson precoce (< 50 anni).
Tale delezione ha una frequenza discretamente elevata (1:4.000 persone). Nel
lavoro l’approccio è stato di verificare la presenza della delezione (mediante
SNP array) in 9.387
pz con Parkinson e 13.863 controlli. Trovato nei pz (n° 8) un aumento
significativo (p=0.00082) della classica delezione di 3 Mb rispetto ai
controlli (nessun caso), con maggior frequenza (0.49% vs 0.04%) nei casi con
Parkinson precoce (<45 anni) rispetto a quelli con Parkinson tardivo (45
anni o più). Non si sa se l’aploinsufficienza di uno dei geni deleti abbia un
ruolo causativo o predisponente con il contributo dell’unico allele presente.
Varie implicazioni utili per la ricerca e alcune partiche: sorveglianza di
segni di Parkinson nei deleti, considerare la possibile presenza della
delezione nel Parkinson precoce.
Genetic variants associated with response to lithium treatment in
bipolar disorder: a genome-wide association study. Lancet 2016;387:1085. Il disturbo bipolare è una malattia psichiatrica devastante
caratterizzata da periodi di depressione alternati a periodi
ipomaniacali-maniacali con periodi anche di normalità, con alta frequenza di
suicidi (>15% dei casi). Interessa il 2% della popolazione mondiale con
forme subcliniche che riguardano un altro 2%. Le crisi maniacali e i tentativi
di suicidio sono controllatati con il ricorso alla terapia con litio, ma nel
30% dei pz tale terapia è poco efficace e in un altro 30% non c’è alcuna
risposta al farmaco. Ci sono evidenze che vi è una componente genetica alla
base di tale variabilità (familiarità di buona risposta al litio, studi su
gemelli con disturbo bipolare). Sinora gli studi con GWAS non hanno portato a
risultati significativi, probabilmente per le dimensioni dei campioni studiati.
In questo lavoro vengono presentati i risultati di uno studio GWAS di un ampio
campione di pz (2.563) di varie popolazioni nell’ambito dell’International Consortium
on Lithium Genetics. Trovato un locus significativamente associato con la
risposta clinica al litio sul cromosoma 21 che contiene due geni dell’RNA non
codificante lungo (lncRNA), AL157359.3 e AL157359.4,
che sono importanti regolatori dell’espressione genica particolarmente nel SNC.
L’identificazione di biomarcatori di risposta consentirà di applicare con
miglior efficacia la terapia e capirne i relativi meccanismi molecolari.
Lost
memories found. Nature 2016;351:450. Commento dell’articolo sullo stesso fascicolo (Memory retrieval by
activating engram cells in mouse models of early Alzheimer disease. Pg 508) di una sperimentazione animale, ricorrendo
al relativo modello murino di Alzheimer nelle fasi precoci della malattia, consistita
nella stimolazione delle connessioni sinaptiche tra i neuroni a livello
dell’ippocampo (attivati durante la formazione della memoria) che sono state in
grado di evitare il deficit di memoria.
Complement and microglia mediate
early synapse loss in Alzheimer mouse models. Science 2016;352:712. Nel modello murino di Alzheimer il sistema del complemento
aggredisce precocemente le sinapsi.
Attention deficit hyperactivity disorder. Lancet 2016;387:1240. Seminario su questo disturbo del neurosviluppo caratterizzato da alterata
attenzione, iperattività motoria, impulsività che spesso proseguono anche
nell’età adulta. Seminario che vuole fornire informazioni aggiornate
soprattutto per i giovani clinici utili per la pratica clinica e discutere
degli aspetti controversi e degli equivoci che riguardano tale condizione. Come
molte altre condizioni mediche ADHD ha un’ampia variabilità di manifestazioni
cliniche con mancanza di una esatta soglia diagnostica e di uno specifico test
biologico. E questo comporta il rischio che venga sotto- o sovradiagnosticato.
Ne vengono discussi i dati epidemiologici (prevalenza nei bambini 3.4%, ma
tenendo presente quanto sopra specificato, con M:F 3 - 4:1), la precoce
comorbilità con altri disordini del neurosviluppo soprattutto con i casi
conclamati, la multifattorialità (fattori di rischio genetici ed ambientali).
In particolare il rischio relativo per consanguinei di 1° grado è di 5-9 e
l’ereditabilità (76%) e l’architettura genetica sono simili a quella
dell’autismo e della schizofrenia e di altre patologie psichiatriche. In >1%
sono riscontrabili microdelezioni o microduplicazioni genomiche. Sono riportate
alcune CNV come per altre malattie del neurosviluppo, ma a differenza della
disabilità intellettiva in cui è indicata per conoscerne la causa la ricerca di
CNV rare, questo non lo si ritiene indicato per ADHD. Può essere presente ADHD in
alcune sindromi genetiche note (Fragile X, Sclerosi Tuberosa, Delezione 22q11,
s. Williams), da testare solo se oltre al ADHD sono presenti altri segni clinici
o deficit cognitivo. Per i fattori ambientali considerati associati (ma non
causativi) oltre agli usuali (tossine, alimentari, psico-sociali) il basso peso
neonatale, la prematurità, l’esposizione endouterina al fumo di sigarette,
alcool, alcuni farmaci (paracetamolo) e droghe. Il seminario prosegue con gli
aspetti fisiopatologici, l’imaging, l’inquadramento clinico, le terapie
possibili e le linee di ricerca in corso, sottolineando ancora che non sono
indicati routinariamente test genetici per il loro limitato potere predittivo in
questa patologia.
Genetic
influences on schizophrenia and subcortical brain volumes: large-scale proof of
concept. Nature Neuroscience 2016;19:420 con commento sullo stesso fascicolo. Da recenti
meta-analisi risulta che i pz con schizofrenia hanno alcune aree encefaliche
più piccole rispetto alla popolazione in generale (ippocampo, talamo, nucleo
accumbens) e altre più grandi (pallido e i ventricoli laterali), con un
rapporto per l’ippocampo con la gravità della patologia e che è di dimensioni
ridotte anche nei parenti 1° grado non affetti. Questo studio di correlazione
tra dimensioni di 8 strutture cerebrali e varianti comuni trovate all’esame di
associazione genome wide di 33.636 casi e 43.008 controlli non rileva una
sovrapposizione genetica tra rischio di schizofrenia e volumi sottocorticali. Quindi
le comuni varianti genetiche che predispongono alla schizofrenia non si
sovrappongono con le varianti genetiche che influenzano le strutture cerebrale
analizzate.
Questo
suggerisce che le misure cerebrali hanno una base genetica complessa, in modo
simile alla complessità delle misure comportamentali che portano alla diagnosi
psichiatrica.
GENETICA UMANA/CLINICA
***
NANS-mediated
synthesis of sialic acid is required for brain and skeletal development. Nature
Genetics Advance online publication May 2016.
Andrea Superti-Furga e Luisa Bonafè, in collaborazione con molti AA, anche
italiani, hanno pubblicato una nuova sindrome del metabolismo dell’acido
sialico con compromissione cerebrale (anomalie morfologiche come idrocefalia,
polimiocrogiria in alcuni) e funzionale con anomalie scheletriche, in parte già
presenti alla nascita. Mutazioni bialleliche (missenso, dup, di splicing) del
gene N-acetil neuraminico sintetasi (NANS), l’enzima della sintesi dell’ac. sialico,
sono state identificate mediante l’analisi esomica e confermate con Sanger in 9
pz di 6 famiglie. In 1 pz dei 9 il percorso diagnostico è stato differente
(screening genomico e metabolomico) con l’individuazione di un accumulo di un metabolita
(N-acetil-D-mannosamina)
nel plasma e nelle urine, che è il substrato dell’enzima mutato; l’esoma ha
individuato in questo pz due missenso del gene NANS. Nello zebrafish l’inattivazione
di NANS comporta anomalie quali microcefalia, edema pericardico e anomalie di
sviluppo e crescita scheletrica che vengono parzialmente corrette aggiungendo nella
fase embrionale all’acqua dell’acido sialico, con effetto maggiore se
l’aggiunta avviene subito dopo l’inattivazione del gene nelle uova fertilizzate
di zebrafish. Non si sa ancora se la richiesta di ac. sialico in epoca
prenatale avvenga interamente per sintesi endogena o possa essere soddisfatta
con la dieta materna via placenta, che aprirebbe la strada ad un possibile
terapia prenatale, in analogia con altre malattie quali la patologia di
glicosilazione CDG1B (MIM #602599) e la Miopatia NONAKA (MIM #605820), ambedue
recessive. Si sta verificando, come precisato nella nota deli AA (immagino con
una sperimentazione clinica, ndr), se l’ac. sialico aggiunto per os sia immune
da rischi e ben tollerato.
The impact of
communicating genetic risks of disease on risk reducing health behaviour:
systematic review with meta-analysis. BMJ 2016;352:i1102. Si è voluto con una meta-analisi di studi randomizzati con
controlli verificare l’impatto comportamentale della comunicazione di risultati
di test di DNA personalizzati con stima di rischio di malattie comuni
dell’adulto in cui il rischio può essere modificato adeguando i comportamenti
relativi allo stato di salute. Cosa si sarebbe aspettato? Che la comunicazione del rischio su base genetica motivi le
persone a cambiare stili di vita come fumare, fare attività fisica o modificare
la propria dieta. I risultati (non del tutto
inattesi, ndr) non portano per nulla a concludere che le attese siano state
raggiunte, cioè che tali interventi siano in grado di motivare le persone a
cambiare per migliorare la propria salute.
Neuronal
profilins in health and disease: Relevance for spine plasticity and Fragile X
syndrome. PNAS 2016;113:3365. L’actina
del citoscheletro è responsabile della formazione e stabilità delle sinapsi che
mantengono la possibilità di modificarsi in relazione ai processi di
apprendimento e di memoria (plasticità sinaptica). Le isoforme della profilina,
piccola proteina che lega l’actina coinvolta nella ristrutturazione e turn-over
del citoscheletro, agiscono a livello neuronale con diversi compiti
influenzando l’azione actinica con effetti opposti. In questo lavoro si
dimostra che le due isoforme cerebrali, la profilina 1 (PFN1) e la PFN2a hanno
funzioni diverse: la PFN1, ubiquitaria, favorisce la sinaptogenesi e quindi è importante
nel corso dello sviluppo, mentre la PFN2, più recente dal punto di vista
dell’evoluzione e specifica del SNC, media la funzione sinaptica e la sua
plasticità nei neuroni adulti. Si dimostra che nel modello animale di s.
Fragile X, in cui è caratteristicamente alterata la spinogenesi, sono alterati
solo i livelli di PFN1. Da studi in vitro
si dimostra che l’espressione di profiline ricombinanti è in grado di
normalizzare la spinogenesi. Questo dimostra il rapporto tra regolazione delle
dinamiche actiniche e sviluppo delle sinapsi e il ruolo della loro sregolazione
ed alterata spinogenesi che si osserva nella sindrome Fragile X.
Functional
polymorphisms of macrophage migration inhibitory factor as predictors of
morbidity and mortality of pneumococcal meningitis. PNAS
2016;113:3597. Il pneumococco (streptococcus
pneumoniae) è la più comune causa (50-70%) di meningite batterica dell’adulto
con alta mortalità (19-37%) e con importanti sequele per i sopravvissuti. Oltre
alle cause predisponenti acquisite (malattie debilitati, polmonite, otite,
immunodeficienza) vi sono cause genetiche di geni dei pathway dei recettori
Toll-like, dell’interleuchina-1, del complemento e di numerosi altri geni
identificati tramite studi di associazione, ma sinora nessun membro delle
citochine. In questo studio di un ampio campione di pz con meningite
pneumococcica è stato individuata un’associazione con il fattore di inibizione
della migrazione dei macrofagi (MIF), che è un mediatore proinfiammatorio.
Alleli ad alta espressione di MIF sono risultati associati alla gravità e alla
mortalità, effetto compatibile con le conseguenze dannose provocate dall’elevata
risposta proinfiammatoria citochinica sull’edema cerebrale e sul danno
neuronale in corso di infezione batterica. Tali polimorfismi possono quindi
essere considerati come marcatori genetici dell’esito sfavorevole e MIF un
possibile bersaglio di terapie volte a modulare la risposta immunitaria.
Loss of B Cells in Patients with Heterozygous
Mutations in IKAROS. NEJM 2016;374:1032. L’immunodeficienza comune variabile (CVID) è una malattia geneticamente eterogenea (ICOS, CD19, CD81, CD20, CD21, TWEAK, CTLA4, LRBA, GATA2, CXCL12, NFKB1 e NFKB2) con
grave ipogammaglobulinemia, incapacità di produrre anticorpi specifici dopo
immunizzazione e suscettibilità alle infezioni batteriche; alcuni pz hanno autoimmunità,
malattia granulomatosa, enteropatia e sviluppano un cancro. In questo lavoro è
stato applicato WES e array-CGH inizialmente in 6 probandi di età 3-32 anni con
CVID clinicamente con infezioni batteriche ricorrenti e gravi e con
immunodeficineza e ridotto numero di cellule B. Trovate 6 diverse mutazioni
(missenso o delezioni) in eterozigosi, due de
novo il resto familiari, del gene IKZF1 che codifica il fattore di
trascrizione IKAROS. L’analisi è poi stata estesa ad altri membri delle
famiglie (totale 29 persone) ed è stato possibile rilevare una progressiva perdita
di cellule B e immunoglobuline sieriche. Nel MO di due pz osservata una marcata
riduzione dei precursori delle cellule B. Due dei 29 soggetti hanno avuto una
leucemia linfoblastica.
Mitochondrial Replacement Techniques — Implications for the Clinical
Community. NEJM
2016;374:1103. Perspective sulla tecnica di sostituzione
mitocondriale dell’oocita di donna portatrice di mutazione mitocondriale con
mitocondri di un oocita di donatrice (three-parent baby), tecnica approvata dal
parlamento UK lo scorso 29 Ottobre che ha richiesto però una specifica
approvazione caso per caso da parte della Human Fertilisation and Embryology
Authority. Una buona opzione per coppie a rischio di avere
prole con una malattia mitocondriale; le altre opzioni sono di non avere figli,
o adottarli, o la donazione di oocita, o correre il rischio alto e non
prevedibile di avere un figlio con una grave malattia non diagnosticabile in
epoca prenatale, nemmeno con la diagnosi genetica preimpianto. Quali implicazioni per la
comunità clinica? Il Committee on the
Ethical and Social Policy Considerations of Novel Techniques for Prevention of
Maternal Transmission of Mitochondrial DNA Diseases dell’Istituto di Medicina
USA ha concluso scrivendo “it is ethically permissible to conduct clinical investigations
of MRT, subject to certain conditions and principles”. Prima di proporlo per
uso clinico è necessario conoscerne la sicurezza e l’efficacia, limitando per
ora, prima di avere dati sulla sicurezza, a trasferimenti solo per embrioni
maschili. Alcune considerazioni generali sul fatto che ci si chiede se sia economicamente
conveniente usare tante risorse per una tecnica indicata per un numero molto
limitato di persone, necessità di altissima specializzazione per gli operatori,
necessità di un lungo follow-up per valutarne adeguatamente la sicurezza, rischi
di un’applicazione inappropriata come ad es. per donne di età avanzata. In USA
in assenza di un’autorità approvante come quella inglese sarà necessaria una
collaborazione ad ampio spettro che includa l’intera società, le società
scientifiche e professionali e i singoli medici che vogliono applicare tale
tecnica.
The Genetics of Dyslipidemia — When Less Is More. NEJM 2016;374:1192. Editoriale relative a due
articoli sullo stesso fascicolo (Inactivating Variants in ANGPTL4 and Risk of Coronary Artery Disease. Pg. 1123 e Coding
Variation in ANGPTL4, LPL,and SVEP1 and the Risk of Coronary Disease. Pg. 1134) che dimostrano il ruolo causale dei trigliceridi
plasmatici nella malattia coronarica.
Nel primo
lavoro
sono stati sequenziati gli esoni di ANGPTL4 (angiopoietina-like 4), un
modulatore endogeno di liproteina lipasi (LPL) che la inibisce e che modula
l’uptake di acidi grassi liberi, in un campione di 42.930 partecipanti ad uno
studio (DiscovEHR) ed è stato applicato un test di associazione tra livelli
lipidici e la variante missenso E40K ed altre mutazioni inattivanti e successivamente
è stato condotto uno studio di associazione in 10.552 partecipanti tra malattia
coronarica e le stesse varianti.
Nel secondo lavoro mediante
genotipizzazione sono state sequenziate 54.003 varianti codificanti di 13.715
geni in oltre 72.868 pz con malattia coronarica e in 120.770 controlli.
In ambedue i casi è stata trovata
un’associazione tra la variante inattivante E40K del gene e bassi livelli di
trigliceridi plasmatici insieme ad alti livelli di colesterolo HDL. I portatori
di questa e di altre varianti rare, rispetto ai non portatori, hanno basso
rischio di malattia coronarica, come era da attendersi. Per la prevenzione
delle malattie cardiache si potrebbe allora pensare ad un’inattivazione
farmacologica di ANGPTL4. Ma le cose sono più complesse di quanto sembra e poi
l’inibizione mediante anticorpi monoclonali del gene E40K, che blocca
l’inibizione di LPL, nel topo e nella scimmia abbassa i livelli plasmatici dei
trigliceridi ma comporta, come peraltro rilevato in altri studi sugli animali,
il rischio anche letale di un’ascite chilosa, non segnalata però nei portatori
di E40K nei campioni studiati.
L’editoriale conclude facendo presente
che le statine funzionano nel correggere la dislipidemia e ridurre il rischio
di malattie cardiovascolari, ma per un miglior controllo della patologia e per
coloro che non possono ricorrere alle statine è importante capire il meccanismo
patogenetico e trovare terapie alternative ancor più efficaci.
Why high ‘good cholesterol’ can be bad news. Science 2016;351:1126. Partendo dall’osservazione di una donna di 66
anni con alti livelli di HDL (152 mg/dl
con v.n. per sesso ed età di 62) lipoproteina
ad alta densità (quello ritenuto protettivo per le malattie cardiovascolari) e
con moltissime placche ateroscletoriche nelle sue arterie ci si è chiesti il
perché del mancato effetto preventivo. Viene commentato
un lavoro (Rare variant in scavenger receptor BI
raises HDL cholesterol and increases risk of coronary heart disease. Pg. 1166) che si è basato sui risultati di precedenti studi su un
modello murino con delezione del gene SCARB1, un recettore di HDL; che comporta
alti livelli ematici di HDL ma anche una malattia coronarica, ritenuta dovuta
ad un difetto di clearance del colesterolo. Nel topo la sua sovraespressione
abbassa i livelli di HDL ma comporta, contrariamente a quanto atteso, una
riduzione delle lesioni aterosclerotiche. Nel lavoro tramite sequenziamento
mirato di un pannello di geni del metabolismo lipidico di 328 persone con HDL plasmatico
molto elevato è stata trovata in omozigosi una variante causa di inattivazione di
SCARB1 (donna su citata). In questo gruppo di persone ne sono state poi trovate
altre 18 con varianti inattivanti in eterozigosi dello stesso gene. Ampliando
la casistica ricorrendo a campioni di DNA di soggetti partecipanti a vari studi
sul metabolismo dei lipidi gli AA hanno identificato altri 284 eterozigoti con
varianti inattivanti di SCARB1, che in gran parte dei casi avevano valori di
HDL superiori alla norma, l’80% dei quali erano sotto controllo per una
malattia coronarica, con lo stesso rischio che comporta il diabete e
l’ipertensione. Ma allora cosa dire a una persona con alti valori di HDL? Sinora “Your
HDL is high because X, and that’s good thing” ma ora a qualcun altro dovrebbe
essere detto “Your HDL is high because of Y, and that’s a bad thing”. Sarebbe utile individuare quali fattori portano a conclusioni
così contrastanti.
A lncRNA links genomic variation with celiac disease. Science 2016;352:43. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (A long
noncoding RNA associated with susceptibility to celiac disease. Pg. 91) sull’identificazione di un relazione tra funzione di un lncRNA,
che fa parte di un gruppo di molecole di più di 200 pb che in genere non
codificano proteine e che svolgono funzioni regolatrici di espressione genica, e
uno SNP di un locus associato alla malattia celiaca, malattia autoimmunitaria
comune di intolleranza al glutine. Mediante studi di GWAS sono stati individuati
6 SNP di rischio di celiachia che sono strettamente associati in un aploblocco.
Uno di questi (rs917997) è a 1.5 kb a valle del gene IL18RAP (interleukin-18
receptor accessory protein), gene associato alla celiachia ed ad altre malattie
autoimmuni. Si dimostra nel lavoro, prima nel topo e poi nell’uomo, che in
questa regione conservata è presente un lcRNA, lnc13, che regola l’espressione
di geni della risposta infiammatoria il cui 5’ si sovrappone al 3’ di IL18RAP.
Pur appartenendo allo stesso locus e prendendo parte allo stesso processo
biologico lcRNA e IL18RAP hanno promotori diversi e sono regolati
indipendentemente uno dall’altro. I livelli di espressione di lnc13 correlano
negativamente con i livelli di geni della risposta infiammatoria, geni che sono
sopraregolati nel materiale bioptico dei pz con celiachia in cui lnc13 è
sottoregolato. Questo suggerisce che tale sottoregolazione contribuisca al
processo infiammatorio. Le sue varianti associate alla celiachia legano in modo
meno efficiente, rispetto alle sue varianti normali, hnRNPD, che è un membro
della famiglia espressa ubiquitariamente delle ribonucleoproteine nucleari
eterogenee. Interessante il fatto che l’interazione tra lnc13 e hnRNPD è diminuita
in presenza della SNP rs917997, quando cioè la variante di sequenza è quella
associata alla malattia “TT”, invece del tipo normale “CC” (T timina, C
citosina). E questo spiega perché tali varianti sono responsabili della
suscettibilità alla malattia.
Exonic Splicing
Mutations Are More Prevalent than Currently Estimated and Can Be Predicted by Using
In Silico Tools. PLOS Genetics 13 January 2016. Articolo che ha come primo autore Omar Soukarieh citato da
un’altra rivista e che riguarda la frequenza delle mutazioni esoniche di
splicing. E’ stato analizzato l’esone 10 del gene MLH1, la cui proteina
partecipa ai meccanismi di riparazione del DNA e le cui mutazioni sono
associate ad alcuni tipi di cancro ereditario (MIM *120436), come modello per
determinare la proporzione di SNV che interessano lo splicing dell’RNA in un
dato esone. Lo studio con un minigene (un segmento di un gene che contiene un
esone e la regione di controllo necessaria per l’espressione normale del gene) e
l’analisi dell’RNA del pz ha messo in evidenza un’alta proporzione di SNV (77%
dei 22 analizzati) di mutazioni di splicing in gran parte alterando gli
elementi potenzialmente regolatori di splicing (ESR). Per una valutazione
predittiva di questi elementi gli AA hanno confrontato i loro dati con i dati
sperimentali provenienti da altri studi relativi ad alcuni geni (BRCA1, BRCA2,
CFTR e NF1) per valutare il potere predittivo di 3 nuovi strumenti informatici dedicati
all’individuazione delle mutazioni ESR. Due di questi strumenti hanno
dimostrato di identificare efficacemente le mutazioni ESR riuscendo anche a
prevedere l’entità del difetto di splicing. In conclusione, come dice il titolo,
le mutazioni di splicing esoniche sono più comuni di quanto sappiamo e ci sono
ora strumenti bioinformatici per la loro stratificazione. Risultati quindi
applicabili per tutte le malattie genetiche.
Assessment of
megabase-scale somatic copy number variation using single-cell sequencing.
Genome Research 2106;26:376.
Buona presentazione delle CNV che variano da poche centinaia a milioni di pb, caratterizzano
le differenze interindividuali, sono frequenti (più del 65% delle persone ha una
CNV di >100 kb e l’1% una CNV >1 Mb) e sette volte più frequenti di
quelle del singolo nucleotide. Le CNV grandi sono quindi relativamente comuni
nella popolazione ma individualmente le CNV sono rare, come atteso dal fatto
che possono essere causa di malattia, quindi soggette a selezione negativa, e di
conseguenza spesso sono de novo. Conosciamo
la frequenza nella popolazione delle grandi CNV germinali. Non sappiamo con
precisione la loro frequenza nelle cellule somatiche.
In questo lavoro sono state cercate con una tecnica analitica
altamente specifica grandi CNV nelle singole cellule cerebrali e cutanee per
verificare se tali anomalie sono ben tollerate o addirittura sottoposte a
selezione positiva. Sono presenti CNV di dimensioni >5 Mb nell’8-9% delle
cellule somatiche dei tessuti analizzati e due CNV sono state individuate in
persone diverse. Quindi le grandi CNV a livello germinale hanno una frequenza
dell’1% e spesso sono associate a malattia, nelle
cellule somatiche sono comuni e ben tollerate.
Single-cell genome sequencing: current state of the
science. Nature
Reviews Genetics 2016;17:175. Dice l’introduzione che lo studio del
genoma della singola cellula offre nuove prospettive per la comprensione della
genetica, contribuendo così a determinare il contributo della cellula alla
biologia degli ecosistemi e degli organismi. E’ così possibile applicando
questa complessa tecnica individuare ed assemblare i genomi dei microorganismi
che non possono essere coltivati, individuare il ruolo dei mosaicismi genetici
in fisiologia e in medicina (es. diagnosi genetica preimpianto, s.
McCune-Albright, NF1) e conoscere l’eterogeneità genetica intra-tumorale per
una terapia mirata. In questa review ne vengono presentate le difficoltà
tecniche, i falsi negativi e falsi negativi per le CNV e SNV a secondo delle
tecniche, le applicazioni e le prospettive.
Commento di A. Colmone su Science 1 April 2016 di un articolo di
cui ho solo l’abst. (Masters SL et al. Familial autoinflammation with neutrophilic dermatosis
reveals a regulatory mechanism of pyrin activation. Sci. Transl. Med.2016;
8,
332ra45) in
cui viene segnalata una famiglia con più membri affetti da una malattia
autoinfiammatoria ereditaria caratterizzata da episodi ricorrenti ad inizio
infantile di dermatosi neutrofila, febbre, elevate proteine della fase acuta
(proteina C reattiva immagino, ndr), artralgia e mialgia. Tale malattia è
dovuta ad una mutazione dominante del gene MEFV codificante la pirina.
Mutazioni di uno specifico dominio di questo gene sono causa della Febbre
mediterranea familiare recessiva (MIM #249100) o della forma dominante (MIM
#134610). La mutazione nella famiglia descritta altera la regolazione di
pirina, un sensore di patogeno, in modo tale che segnala patogeni anche in loro
assenza causando una produzione di interleuchina-1β proinfiammatoria. E’
risultata pienamente terapeutica in un pz l’inibizione della interleuchina.
Così nell’uomo la regolazione della funzione della pirina protegge dai processi
distruttivi autoinfiammatori.
Autoimmune diseases — connecting risk alleles with
molecular traits of the immune system. Nature Reviews Genetics 2016;17:160.
Gli studi di associazione genome wide hanno segnalato più di 300 loci di
suscettibilità per le malattie autoimmunitarie, che sono un gruppo di malattie
frequenti (interessano sino al 10% della popolazione USA, con rapporto M/F di
1:10) con rilevante variabilità di prevalenza inter-etnica (la Sclerosi
multipla è 10 volte più frequente in nord America rispetto al sud America e il
Lupus eritematoso sistemico 5 volte più frequente nelle persone di origine
africana rispetto a quelli di origine europea) e che sono tra le prime 10 cause
di morte nelle donne di oltre 65 anni in USA e di oltre 75 in UK.
Molto bella la Tab. 1 in cui si
elencano 12 malattie autoimmunitarie di cui si precisa il numero di loci noti,
la ricorrenza nei fratelli, la prevalenza nelle varie popolazioni,
l’ereditabilità genetica e la concordanza nei gemelli. Ma per buona parte dei loci
a rischio non siamo in grado di capirne i meccanismi patogenetici e molte di
questa varianti risiedono in regioni non codificanti. La prossima tappa è,
ricorrendo a modelli in vitro e ex vivo (cellule prelevate e coltivate
in laboratorio), chiarire come le varianti associate alterano il sistema
immunitario e il loro impatto sul rischio di malattia. Conoscere mediante l’analisi
e i profili di espressione genica i tipi cellulari coinvolti ed il loro ruolo
nella malattia autoimmunitaria potrà aiutarci ad identificare geni candidati e
varianti causative. E quindi come si produce autoimmunità.
A questo
proposito:
Unravelling the human genome– phenome relationship
using phenome-wide association studies. Nature Reviews Genetics 2016;17:129.
Il classico approccio dal genotipo al fenotipo è stato alla base
dell’identificazione di varianti o mutazioni che hanno effetto fenotipico mediante
studi con tecniche di linkage, partendo da probandi, e di studi di associazione
in gruppi di pz con la malattia di interesse e in gruppi di controllo con
persone senza quella malattia per identificare differenze alleliche o
genotipiche. Con l’applicazione di GWAS si è osservato che un gene o varianti
genetiche possono essere associati a patologie diverse, come la regione HLA per
malattie autoimmunitario come la m. Graves, diabete m. 1, lupus eritematoso
sistemico, artrite reumatoide o i geni CDKN2A
e CDKN2B per il Diabete m. 1 e la malattia coronarica. Dati ancor più recenti
dimostrano che il 5% degli SNP e il 17% dei geni o dei loci sono associati a più
di un fenotipo o carattere.
In questa review
viene presentata l’organizzazione del database PheWAS (Phenome-wide association studies
(PheWAS) che analizza molti fenotipi ricorrendo a
database delle cartelle cliniche elettroniche in rapporto ad uno SNP (vedi https://phewas.mc.vanderbilt.edu/).
In prospettiva con l’abbondanza di dati che si renderanno disponibili con Precision Medicine Initiative Cohort Program (https://www.nih.gov/precision-medicine-initiative-cohort-program)
e altri programmi analoghi è prevedibile che l’integrazione dei dati genetici
con quelli fenotipici renderà più facile affrontare la complessità delle
relazioni tra genoma e fenoma. Interessante la metodologia adottata ed i
risultati già pubblicati di PheWAS (Tab. 2).
GENE
EDITING
In vivo genome
editing — growing in strength. Nature Reviews Genetics March 2016. Ottima review di lavori presentati tra gli articoli
del Gennaio 2016 sul potenziale uso del sistema CRISPR-Cas9 per correggere
mutazioni causa di malattia in epoca post-natale ricorrendo al modello murino
di m. Duchenne.
Postnatal
genome editing partially restores dystrophin expression in a mouse model of
muscular dystrophy. Science 2016;351:400.
In vivo genome
editing improves muscle function in a mouse model of Duchenne muscular
dystrophy. Science 2016;351:403.
In vivo gene editing in dystrophic mouse muscle and
muscle stem cells. Science 2016;351:407.
Vedi anche commento del BMJ: Cautious
welcome for gene editing of Duchenne muscular dystrophy in animal model. BMJ
2016;352:h7033.
Gene
intelligence. Nature 2016;531:140. Sottotitolo: “The risks and rewards of
genome editing resonate beyond the clinic”. Sorprendentemente lo scorso mese un importante ufficiale
dell’intelligence americana ha avvisato che “genome-editing
technology is now a potential weapon of mass destruction” al pari dei test
nucleari della Corea del Nord e delle armi cliniche clandestine in Siria
(go.nature.com/jxuyev). E che il suo “deliberate
or unintentional use could have far-reaching economic and national security
implications” perchè in nazioni senza le regole e i nostri standard etici tale
tecnica “increases the risk of the creation of potentially harmful biological
agents or products”. Prima di queste considerazioni sulla
pericolosità dei questa tecnica ci sono stati ampi dibattiti sul suo uso nel
modificare il genoma di embrioni umani, ma la sua applicazione è stata
rapidamente accettata dalla comunità scientifica anche perché ha riguardato
altri campi, come la produzione di chimere uomo-animale per i trapianti,
l’eliminazione di vettori di malattie, per colture ecosostenibili ed
ecocompatibili. Come la popolazione reagirà a questa rivoluzione posta dal
genome editing dipenderà anche da quello che gli scienziati sapranno comunicare
e se riusciranno a tenere gli aspetti ambientali ben separati da quelli
clinici.
Riding the CRISPR wave. Nature 2016;351:156. Sottotitolo di questa
NEWS/Features: “Biologists are
embracing the power of gene-editing tools to explore genomes”. La storia di questa tecnica e le sue varie applicazioni.
Ma la conclusione della nota su questa tecnica rivoluzionaria che ha tantissime
applicazioni e in vari campi è che “Technologies come and go. You can’t get married to one. You
need to always think about what biological problems need to be solved”.
CRISPR everywhere Nature 2016;351:155.
Special
Issue (nature.com/crispr) che comprende:
Governance: Learn from DIY biologists.
The
citizen-science community has a responsible, proactive attitude that is well
suited to gene-editing.
Welcome to the CRISPR zoo. Birds and bees are just the beginning for a burgeoning technology.
CRISPR: gene editing is just the beginning. The real power of the biological tool lies in exploring how genomes work.
How the US
CRISPR patent probe will play out. Decision
could determine who profits from the gene-editing technique in future.
Should you edit
your children’s genes? In the fierce debate about CRISPR gene editing, it’s time
to give patients a voice.
CRISPR: Science can't solve it. Democratically weighing up the benefits and risks of gene editing and artificial intelligence is a political endeavour, not an academic one.
ed altri contributi del 2015 su
Nature, su Nature Biotechnology, Nature Methods, Nature Protocols.
MODELLI ANIMALI E TERAPIE
***
Untangling autism. Nature 2016;352:45. Commento di un
lavoro (Thalamic reticular impairment underlies
attention deficit in Ptchd1Y/− mice. Pg. 58) in cui si è studiato il ruolo
del gene Ptchd1 nel cervello di topi favorendo la comprensione della complessa
relazione tra cause e sintomi dei disordini del neurosviluppo (disabilità
intellettiva, ADHD, autismo), che ci appaiono come una matassa ingarbugliata di
fili con quadro clinico molto variabile tanto che a un soggetto viene data la
stessa diagnosi di un altro pur non avendo alcun segno clinico in comune.
Districare la matassa e legare causa ed effetto può sembrare impossibile, ma è un
compito necessario per sviluppare terapie su una solida base scientifica. Nel
lavoro, dice il commento, si è partiti da una chiara connessione clinica esistente
tra mutazioni del gene PTCHD1 (in Xp22.11) e suscettibilità a tali patologie.
Il gene è espresso selettivamente in un gruppo di neuroni GABAergici nel nucleo
talamico reticolare (TRN), che regolano la trasmissione talamo-corticale, il
ritmo del sonno e l’attenzione. La delezione di Ptchd1 riduce l’attività di TRN
con meccanismi che interessano le correnti a bassa conduttanza del potassio
calcio dipendente (SK). La delezione del gene limitata al TRN comporta deficit
attentivo ed iperattività, che vengono annullati nell’animale adulto se si
aumenta farmacologicamente l’attività dei canali SK. Il topo con la delezione
di Ptchd1 nell’intero encefalo presenta, a differenza del topo con delezione
limitata al TRN, deficit di apprendimento, iperaggressivtà e difetti motori che
non sono correggibili agendo farmacologicamente su SK. Questo modello può
favorire lo sviluppo di una terapia per pz con mutazione di PTCD1 e forse per pz
con autismo da altre cause. Nello stesso tempo sottolinea che gli effetti del
gene PTCHD1 sull’apprendimento e sull’aggressività sono indipendenti dalla
funzione dei canali SK.
**
Cerebral cavernous malformations
arise from endothelial gain of MEKK3–KLF2/4 signalling. Nature 2016;352:122. Le malformazioni cavernose cerebrali (CCM) sono, come frequenza dopo gli aneurismi, il secondo riscontro accidentale
alla RM cerebrale con una prevalenza di 1:625 persone neurologicamente
asintomatiche. Possono essere asintomatiche o causa nei giovani di epilessia,
ictus da emorragia intracranica o causa di deficit neurologici focali. Sono
dovute a perdita da parte delle cellule endoteliali delle proteine KRIT1 (quando mutata CCM1 MIM
#116860), CCM2 (quando mutata CCM2 MIM #603284) o PDCD10 (quando mutata CCM3
MIM#603285) che sono proteine non omologhe che formano un complesso localizzato
nelle giunzioni tra cellule vicine. CCM2 lega e regola MEKK3 importante per lo
sviluppo cardiaco. In questo lavoro si è voluto verificare questo meccanismo
nella patogenesi di CCM ricorrendo ad un modello neonatale di topo di CCM. Si è
osservato che nelle cellule endoteliali di recenti lesioni CCM l’espressione
dei geni bersaglio di Mekk3, Klf2 e Klf4, e l’attività di Rho e della proteasi
ADAMTS sono aumentate. E la delezione a livello endoteliale di Mekk3, Klf2 o
Klf4 previene la formazione delle anomalie vascolari. Da notare che nei casi
sporadici o familiari di CCM nell’uomo si rileva un’aumentata espressione di
KLF2 e KLF4 e che una mutazione di CCM2 causa di malattia nell’uomo elimina
l’interazione con MEKK3 senza modificare il complesso CCM. Questo porta a
concludere che quello descritto sia il meccanismo patogenetico di CCM e un buon
punto di partenza per nuove terapie.
Unraveling a pathway to autism. Science
2016;351:1153. Commento di due lavori (CLK2 inhibition
ameliorates autistic features associated with SHANK3 deficiency. Pg. 1199 e Autism-associated
SHANK3 haploinsufficiency causes Ih
channelopathy in human neurons. Science 2016;352:672)
in cui vengono prospettate possibilità terapeutiche per l’autismo. Gli studi
genetici in questo disturbo del neurosviluppo hanno identificato centinaia di
geni causativi o di suscettibilità dell’autismo oltre ad alcune sindromi (Fragile
X, s. Rett e la s. Phelan-McDermid da mutazione del gene SHANK3), rendendo
difficile riconoscerne i pathway patogenetici, anche se i vari meccanismi
prevedibili in base ai geni dell’autismo (sintesi e degradazione proteica,
trasduzione di segnale, trascrizione e trasmissione sinaptica) non sono
completamente indipendenti e condividono funzioni biologiche coinvolte nella
sinaptogenesi, guida assonale, morfologia dendritica e delle spine e plasticità
sinaptica. Questo fa ritenere che la patogenesi sia riconducibile ad un’anomala
omeostasi sinaptica. Altro aspetto importante, pensando ad una possibile cura,
è che i difetti del neurosviluppo possono essere reversibili come dimostrato
nei modelli animali per alcune sindromi con autismo come la Sclerosi Tuberosa
1, s. Rett da MeCP2, la s. Fragile X. Nel primo lavoro ricorrendo a neuroni di
topo con delezione di Shank3 è stata effettuato un accurato studio dei
meccanismi molecolari e cellulari per identificare bersagli idonei per un
intervento terapeutico trovando una deregolazione del pathway AKT-mTORC1,
sregolato ma in modo opposto da mutazioni di altri geni dell’autismo facendo
ritenere che sia lo sbilanciamento funzionale in ambedue le direzioni di questo
pathway causa del fenotipo autistico. La deregolazione è associata ad un
incremento della chinasi CLK2 forse, ma non è stato provato, per una sua
ridotta degradazione del pathway ubiquitina-proteosoma. Il ricorso a piccole
molecole che attivano Akt (SC79 o TG003) o che inbiscono CLK2 sono in grado a
livello cellulare (tessuto cerebrale con delezione di Shank3) di normalizzare
la densità delle spine dendritiche e in
vivo nel topo con delezione di Shank3 a normalizzarne il comportamento
sociale.
Nel
secondo lavoro si dimostra che nei neuroni umani mutazioni condizionali di SHANK3
alterano in modo rilevante le correnti attivate da iperpolarizzazione (Ih),
che sono mediate dai canali HCN (“canali
cationici attivati dall'iperpolarizzazione); questo produce un’aumentata
resistenza di input. Oltre a questo si rileva che l’inibizione farmacologica
delle correnti Ih, nei neuroni umani normali, altera l’arborizzazione
dendritica e la trasmissione sinaptica simile da quella prodotta da mutazioni
di SHANK3. Le stesse alterazioni di Ih e di resistenza di input sono state
osservate nei neuroni ippocampali coltivati del topo mutante Shank3. Concludendo:
le mutazioni di questo gene inducono una canalopatia che contribuisce alla
patogenesi dell’autismo, suscettibile di una terapia farmacologica.
Il
commento termina sottolineando che il ricorso ad antagonisti di mGluR1/5 (recettore
del glutammato metabotropico di classe 1/5), che normalizza i disturbi
comportamentali nel modello murino di Fragile X, ha dato nei pz con tale
sindrome risultati deludenti. Ma questi lavori ne suggeriscono altri. Quindi “The
decade to come will show whether this finding can reach patients”.
A dual AAV system enables the Cas9-mediated correction
of a metabolic liver disease in newborn mice. Nature Biotechnlogy 2016;34:334.
Il deficit di ornitina carbamiltransferasi è una malattia XL che determina
ricorrenti episodi di iperammoniemia (con coma e s. Reye, ndr) sin dall’epoca
neonatale ed è associata ad alta mortalità (oltre 50%) i bambini che
sopravvivono necessitano di trapianto di fegato entro il primo anno di vita. Il
modello animale ha un’attività enzimatica residua del 5% e sviluppa
iperammoniemia se in dieta ricca di proteine. In
questo lavoro nel modello murino in epoca neonatale è stata adottata una nuova
strategia usando il vettore virus adenoassociato con elevato tropismo epatico
per correggere la mutazione puntiforme usando l’enzima Cas9. Si è prodotta una
reversione della mutazione nel 10% degli epatociti che ha comportato una
migliore sopravvivenza anche in dieta altamente proteica. Minor effetti si sono
ottenuti nel topo adulto.
Focal expression of mutant huntingtin
in the songbird basal ganglia disrupts cortico-basal ganglia networks and vocal
sequences. PNAS 2016;113:E1720.
Cosa succede al diamante mandarino (bengalino) adulto se ingegnerizzato a
produrre una huntingtina mutante nell’area X che corrisponde ai gangli basali
(BG) dell’uomo, la cui alterazione nella m. Huntington interessa i movimenti
sequenziali? Vocalizza per più tempo e con una sequenza sillabica
disorganizzata. I cambiamenti della vocalizzazione dell’uccello permangono a
lungo e sono accompagnati da perdita di neuroni dello striato e riduzione delle
sinapsi inibitorie dei neuroni del pallido.
L’inattivazione
reversibile dei neuroni corticali negli animali transfettati determina una normalizzazione
della vocalizzazione. Questi risultati sottolineano il ruolo dell’attività del
network cortico-BG nella regolazione delle complesse sequenze motorie e che la
compromissione dei circuiti che coinvolgono la corteccia cerebrale e i gangli
basali è causa dei movimenti disorganizzati.
Ablation of
huntingtin in adult neurons is nondeleterious but its depletion in young mice
causes acute pancreatitis. PNAS 2016;113:3359.
Conoscendo la tossicità dell’espansione poliglutaminica PoliQ nella m.
Huntington come approccio terapeutico si è pensato di ricorrere a tecniche
genetiche, come ad es. alla RNAi (interferenza dell’RNA) o altro, per
inattivare il gene mutante HTT. Ma sappiamo anche che HTT è importante per lo
sviluppo embrionale, ma non ne conosciamo la funzione nell’animale adulto. Gli
AA hanno dimostrato che il KO condizionale di Htt nel topo adulto o limitato
solo ai suoi neuroni non causa una neurodegenerazione, mentre la perdita di Htt
nel sangue del topo determina a 2 mesi di vita una pancreatite acuta letale.
Htt interagisce con Spink3, un inibitore dell’attività endopeptidasi tipo-
serina, per inibire l’attività tripsinica nelle cellule pancreatiche prevenendo
la degenerazione delle cellule acinose e la pancreatite. Almeno nel topo quindi
la perdita di HTT è ben tollerata nel cervello o negli animali adulti. Una
possibilità quindi per trattare la m. Huntington.
Targeting PTENinteractions for Alzheimer’s disease. Nature
Neuroscience 2016;19:416. Commento
dell’articolo sullo stesso fascicolo PTEN recruitment controls synaptic and
cognitive function in Alzheimer’s models. Pg. 443 in cui si documenta nel
modello murino di Alzheimer un nuovo pathway che deprime le sinapsi eccitatorie
dell’ippocampo rappresentato da PTEN, che antagonizza l’attività di PI3K (fosfatidilinositolo-3-chinasi o PI 3-chinasi), documentandone il contributo al deficit cognitivo. PTEN regola molte
funzioni del SNC e la sua deregolazione interessa la neurogenesi, la
sovracrescita dei neuriti, la sinaptogenesi, la trasmissione sinaptica e la loro
plasticità. Sappiamo anche che mutazioni di PTEN o sue delezioni condizionali nel
topo partecipano alla patogenesi di patologie neurologiche come la
macrocefalia, l’atassia, le convulsioni, l’autismo e il deficit intellettivo.
In questo lavoro in vitro e nel
modello murino di s. Alzheimer l’inibizione di PTEN comporta la normalizzazione
della funzione sinaptica e comportamentale, mentre nel topo transgenico che
sovraesprime PTEN vi è ha una depressione sinaptica simile a quella indotta dal
peptide amiloide β (Aβ). Questi risultati costituiscono a chiarire i meccanismi
molecolari del malfunzionamento sinaptico indotto da Aβ che possono essere
bersagli per interventi per correggere gli effetti del suo accumulo causa del deficit
cognitivo dell’Alzheimer.
C9orf72 is
required for proper macrophage and microglial function in mice. Science
351:1324. La mutazione con espansione esanucleotidica
nel primo introne/promotore del gene C9ORF72 è la causa più comune della
Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) e della Demenza Fronto-Temporale (FTD), due
malattie neurodegenerative con fenotipo clinico e neuropatologico in parte
sovrapponibile, e di altre malattie neurodegenerative. Sebbene l’espansione
riduca l’espressione di C9ORF72 si osserva a livello neuronale l’accumulo di
prodotti tossici e RNA (tanto che è stata considerata una malattia proteino-e una ribonucleo-patia
The changing
scene of amyotrophic lateral sclerosis. Nature Review Neuroscience 2013;14:248). In questo lavoro C9orf72
sembra avere un ruolo inatteso anche nelle cellule dell’immunità innata. Nel
topo la delezione del gene (topo nullo) causa infatti una disfunzione
macrofagica e microgliale e una neuroinfiammazione legata all’età. Questo fa
pensare che vi sia un duplice meccanismo patogenetico in cui la tossicità dei
prodotti tossici accumulati nei neuroni si associa ad una disfunzione gliale da
ridotta espressione del gene, provocando ambedue la neurodegenerazione.
CARATTERI-MALATTIE
COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
A genome-wide
association scan in admixed Latin Americans identifies loci influencing facial
and scalp hair features. Nature Communication 2016;7:10815. Mediante GWAS in un’analisi di 6.000 persone dell’America
Latina clinicamente caratterizzate per il colore, la forma, l’incanutimento, la
calvizie dei capelli e l’aspetto dei peli facciali (sopracciglia, barba) sono
state identificate 10 varianti associate a tali caratteri, come ad es.
l’incanutimento dei capelli associato al gene IRF4, che regola la produzione e
l’accumulo di melanina, la calvizie al gene GRID1 che codifica una subunità dei
recettori dell’ac. glutammico (non è noto un suo ruolo nel fenotipo dei
capelli), lo spessore delle sopracciglia al gene FOXL2 che è un fattore di
trascrizione e le cui mutazioni sono causa della sindrome
Blefarofimosi-epicanto inverso-ptosi (MIM #110100) e la sinofria al gene PAX3
fattore di trascrizione che regola lo sviluppo dei derivati della cresta
neurale e le cui mutazioni sono causa della s. Waardenburgh 1 (MIM #193500) il
cui fenotipo include sinofria ed anomalie di pigmentazione.
Weighting
sequence variants based on their annotation increases power of whole-genome
association studies. Nature Medicine 2016;48:314. Nuovo approccio negli studi di associazione
classificando le varianti in base agli effetti che la variante può avere sulla funzione
della proteina.
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