Articoli Genetica Clinica Apr 2012, R.Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica pubblicati nell’Aprile 2012 nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neurosciences, NEJM, PNAS, Science &

Cell (new entry).

Top 10 list:
Gene hunt is on for mental disability. Nature 2012;484:302. Medical geneticists are giving genome sequencing its first big test in the clinic by applying it to some of their most baffling (elusivi?) cases. By the end of this year, hundreds of children with unexplained forms of intellectual disability and developmental delay will have had their genomes decoded as part of the first large-scale, national clinical sequencing project (Conferenza nel Marzo 2012 sulle malattie rare tenuta presso Wellcome Trust Genome Campus in Hinxton, UK). Tutti d’accordo, ricercatori olandesi come Han Brunner Nijmegen (che sta completando il sequenziamento di 100 esomi di bambini con DI, André Reis Erlangen Germania, il programma UK Deciphering Developmental Disorders (che sequenzierà 1,000 esomi entro la fine del 2012 e ha in programma di analizzare 12,000 bambini inglesi con DI), il progetto canadese FORGE (finding of rare disease genes) che sequenzierà entro la fine del 2012 nuclei familiari con 200 differenti malattie e infine in USA il National Human Genome Research Institute in Bethesda che ha finanziato 3 centri per il sequenziamento di malattie mendeliane (vedi precedente Spigolatura) per la diagnosi di migliaia di pz con varie malattie rare, inclusi il deficit intellettivo e di sviluppo. I primi risultati stanno venendo da HB che ha identificato significative variazioni potenzialmente patogene nel 40% dei soggetti. La diagnosi non è tutto, ma poi sicuramente per alcune situazioni verrà la terapia (vedi es. Fragile X). Problemi: ogni genoma di persona sana in media contiene 100 mutazioni che colpiscono significativamente un gene (Science D. MacArthur), ma nella casistica di HB metà delle mutazioni sono già note come causative, ma in altri casi, pur interessando geni ad es. espressi nel SNC, bisogna aspettare per una conclusione il terzo o quarto caso con mutazione e clinica simile. Per ora il ricercatore che trova una mutazione da interpretarne l’effetto interpella personalmente altri ricercatori per sapere se hanno casi analoghi, ma si stanno preparando db (ClinVar per integrare dati clinici e genetici). Altro problema: “We don’t want people coming into our clinic for intellectual disability and coming out with a cancer gene; this is not what they came for”: capitato a HB che si è rivolto al comitato etico. Deciphering Developmental Disorders non comunica l’incidentaloma. Per FORGE dipende da provincia a provincia. Bisogna ammettere che: “We’re learning as we go along. People don’t want to hear that, but that’s the truth of the matter.”. L’esperienza di questi progetti su vasca scala servirà per introdurre queste tecnologie nella pratica medica (e nel frattempo? Mandare DNA a HB? Ndr)(buon argomento di discussione al prossimo convegno SIGU).

Fragile X fixed in mice. Nature 2012;484:291. Viene segnalato un articolo (Neuron 2012;74:49. Chronic Pharmacological mGlu5 Inhibition Corrects Fragile X in Adult Mice) su un farmaco (CTEP) che inibisce un recettore neurotrasmettitore Glu5 implicato nella patogenesi Fragile X, che è efficace nel trattamento a lungo termine nel topo knockout Fmr1. La terapia fa regredire sintomi come l’iperattività, migliora l’apprendimento e la memoria, riduce l’iperacusia e persino il macroorchidismo e alcune anomalie anatomiche cerebrali e controlla l’eccesso di segnale ERK e mTOR. Terapia significativa perché l’efficacia si verifica anche nell’animale già sintomatico.

A Mechanism for Gene-Environment Interaction in the Etiology of Congenital Scoliosis. Cell 2012;149:295. La scoliosi congenita (curvatura laterale della colonna da difetto vertebrale)(SC) è un difetto di sviluppo relativamente comune (1:1000 nati vivi) presente in forma isolata o sindromica. La SC usualmente sporadica e talora familiare (da distinguersi dalla disostosi spondilo-costale AR, i cui geni malattia sono DLL3, MESP2, LFNG, HES7, e dalla spondilo-toracica,) è considerata una anomalia multifattoriale in cui uno di questi fattori potrebbe essere, nella specie umana, l’esposizione materna a varie condizioni ambientali in epoca precoce di gravidanza (sono anche descritte correlazioni tra ipossia materna  e anomalie cardio-vascolari nei feti: Int J Pediatr 2010, p. 401323). E’ anche noto nel topo l’effetto teratogeno dell’ipossia sulla morfogenesi vertebrale. In due probandi su 79 con SC (interessanti più vertebre e con fusione costale, un caso era familiare) è stata individuata una mutazione missenso in eterozigosi del gene HEST e MESP2, dominanti quindi ma a bassa penetranza. Che succede nel topo? L’aploinsufficienza Hes7 o Mesp2 ha un fenotipo SC-like a bassa penetranza, ma la gravità e la penetranza aumentano considerevolmente se vi è esposizione embrionale a ipossia. Lo stesso si osserva nei topi con mutazione di altri due geni del pathway di segnale Notch: Dll1 and Notch1. Il meccanismo molecolare di questo fenomeno sembra sia l’interruzione del segnale Fibroblast Growth Factor da ipossia, che provoca una temporaneo blocco della somitogenesi embrionale. Quindi, rispettando il concetto di multifattorialità, l’ipossia materna sarebbe teratogena per feti geneticamente predisposti.

Sequencing Chromosomal Abnormalities Reveals Neurodevelopmental Loci that Confer Risk across Diagnostic Boundaries. Cell 2012;149:525. Le anomalie cromosomiche bilanciate (BCA nel lavoro) sfuggono all’analisi con microarray, che costituisce il test diagnostico di prima scelta per deficit intellettivo/autismo, e si identificano solo con l’esame cromosomico. La loro individuazione potrebbe indicarci la sede di geni o sequenze funzionali che possano contribuire alle conoscenze di malattie complesse. Nell’autismo usando tecniche citogenetiche standard si trovano con una frequenza (1.3%) che è 6 volte maggiore della popolazione generale, ma la loro frequenza è sicuramente superiore se si applicassero tecniche a maggior risoluzione. Nel lavoro si presenta lo studio su 38 casi con difetto di neurosviluppo (il 50% con diagnosi di autismo) in cui è stata trovata una BCA (36 de novo e 2 BCA ereditati) aCGH negativa, ulteriormente analizzati ricorrendo a una tecnica con risoluzione nucleotidica (vedi una precedente Selezione di articoli di interesse). Viene dimostrato che in molti casi di autismo viene rotto un gene di un ampio numero di pathway biologici che possono contribuire a determinare l’autismo. In molti casi gli stessi geni comportano un rischio, talora tramite differenti meccanismi mutazionali, di una serie di disturbi dello sviluppo e malattie psichiatriche, nei bambini e negli adulti. Sono stati individuati geni rotti, alcuni noti come causa di patologia neuro-comportamentale (n° 6), alcuni già implicati nelle sindrome da microdelezione (n° 4), alcuni geni non ancora coinvolti nella patologia neuro-comportamentale (n° 11) e alcuni geni già noti per autismo-disturbo di neurosviluppo identificati con analisi mutazionale o altre tecniche (GWAS)(n° 6)(alcuni geni sono in più di una categoria, es. TCF4 nella prima e nell’ultima). Questa tecnica ha un’alta capacità diagnostica: 22 nuovi loci sono rotti da BCA e 14 loci sono suggeriti da dati dei CNV o da alterazione in casi multipli, con altri geni o sequenze che dovranno essere tenute in considerazione in altri studi. Altro dato importante la possibilità che alterazioni, magari differenti e forse anche varianti, di questi geni possano causare fenotipi comportamentali diversi (dall’autismo ai disturbi dello sviluppo neurologico alla schizofrenia). (ricordo che il documento del GdL Genetica Clinica SIGU sulla diagnosi genetica del DI/MC/autismo prevede come test di prima scelta array-CGH; se negativo, come suggerito da Daniela Giardino, è consigliato anche l’esame cromosomico, oltre a test per ev. malattie monogeniche).

The Williams syndrome chromosome 7q11.23 hemideletion confers hypersocial, anxious personality coupled with altered insula structure and function. PNAS 2012;E860. Ipotesi da testare: la mutazione nella WS (sono in emizigosi almeno due geni importanti per la migrazione e la maturazione neuronale) determina alterazioni strutturali, funzionali e di connessioni dell’insula correlate con il fenotipo comportamentale della WS? Per verificarla è stato misurato il volume della sostanza grigia insulare e la connettività con la sostanza bianca applicando la RM cerebrale e la RM in diffusione e studiando il flusso sanguigno cerebrale regionale e la connettività funzionale mediante PET. E è stato poi valutato se queste misurazioni sono correlate con il grado di disturbo della personalità. Risultati che convergono a dimostrare che nella WS vi è un alterato volume della sostanza grigia a livello insulare dorsale anteriore, è compromessa l’integrità del fascicolo uncinato che connette l’insula con l’amigdala e la corteccia orbito-frontale, è alterato il flusso sanguigno cerebrale e la connettività funzionale dell’insula dorsale anteriore. Lavoro eccellente che delinea il fenotipo neurobiologico della WS usando una metodologia complessa e, dato altrettanto importante, con un reclutamento metodologicamente perfetto di soggetti; infatti il confronto è stato fatto tra controlli (n° 23) e persone con WS (n° 14) con normale livello intellettivo, per avere un paragone il più possibile omogeneo (il deficit intellettivo avrebbe potuto avere un effetto confondente) e anche una migliore collaborazione nel corso dei test.

Integrin α3 Mutations with Kidney, Lung, and Skin Disease. NEJM 2012;366:1508. In 3 pz con syndrome nefrosica congenital, malattia polmonare interstiziale e epidermolisi bollosa (di grado modesto ma essenziale per la diagnosi) è stata trovata mutazione del gene integrina α3 (ITGA3). La diagnosi è stata suggerita dalla ME della cute in un pz che ha mostrato un’anomalia della membrana basale, con lamina densa discontinua tra gli emidesmosomi e normali filamenti di cheratina, emidesmosomi e fibrille ancoranti. All’immunofluorescenza vi erano distruzioni focali della giunzione derma-epiderma con lesioni della membrana basale. Quadro non compatibile con epidermolisi bollosa ma piuttosto simile a quello del topo knockout del gene integrina α3. L’ovvio passo successivo è stato di verificare con l’immunoistochimica la presenza della proteina nella cute del pz, risultata assente. Da qui la ricerca di mutazione in omozigosi, risultata positiva, nei tre pz. Il fenotipo polmonare del topo KO è diverso da quello umano e il topo muore entro 24 ora dalla nascita (lezione da cogliere: l’importanza nell’iter diagnostico della clinica e della raccolta di tutti dati fenotipici prima di sparare esami genetici e un confronto fenotipico con i modelli animali, ndr).

Outlook: Multiple sclerosis. Genomics: A complex code. Nature 2012;484:S3

“More than 100 variations in the genome have been linked to multiple sclerosis. Researchers are now trying to find the overlap with other auto-immune conditions, and understand how environmental factors interact with genes to trigger disease”. Termina così: “What we have now is a fundamental roadmap of the pathways for the next generation of scientists studying the disease” e “If you want results tomorrow, it ain't gonna happen.”. Ci sono articoli sulla diagnosi, terapia e modelli animali.

Battle of the sexes: Conflict over dosage-sensitive genes and the origin of X chromosome inactivation. PNAS 2012;109:5144. Commento di un lavoro (Mammalian X chromosome inactivation evolved as a dosage-compensation mechanism for dosage-sensitive. PNAS 2012;109:5346): non è noto come e perchè l’inattivazione somatica del cromosoma X (XCI) nelle femmine dei mammiferi placentati e nei marsupiali si sia prodotta nell’evoluzione. XCI come noto è parziale e in molti animali l’inattivazione riguarda una minoranza di geni. Per geni dose-sensibili l’aumento di espressione in un sesso è dannosa quanto la ridotta espressione nell’altro sesso, portando a conflitto tra sessi per l’ottimale livello di trascrizione.

L’inattivazione del cromosoma (XCI) nella femmina non è “un atto di solidarietà”, ma piuttosto il risultato di un atto di guerra evoluzionistico dell’espressione genica e della compensazione di dose che si verifica tra i sessi per il cromosoma X. Ma oltre a questi aspetti puramente biologiche l’articolo prende in considerazione un aspetto rilevante per la clinica, perché pone dei suggerimenti sui geni candidati responsabili del fenotipo delle anomalie di numero dei cromosomi sessuali, in cui l’inattivazione dei cromosomi X soprannumerari riduce l’effetto clinico dell’aneuploidia. I geni X (circa 150) che sfuggono all’inattivazione hanno molto probabilmente un ruolo nel fenotipo di queste anomalie: nel topo, in cui solo il 3% sfugge alla XCI (nell’uomo il 15%), il quadro clinico della monosmia X è più lieve rispetto all’uomo; il dosaggio genico ha chiaramente un effetto sul fenotipo neuropatologico nelle polisomie X che sappiamo che si aggrava con l’aumento del numero di cromosomi X presenti (47,XXY vs 49,XXXXY). Viene presentato un elenco dei geni ritenuti responsabili del fenotipo delle aneuploidie X, come stimolo per studiare il rapporto genotipo/fenotipo in queste anomalie.

Dialing Down SUN1 for Laminopathies. Cell 2012;149:509. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Accumulation of the Inner Nuclear Envelope Protein Sun1 Is Pathogenic in Progeric and Dystrophic Laminopathies, Pg. 565) che spiega perché gli effetti fenotipici delle mutazioni, in gran parte missenso, di Lamina A possono essere così diversi. Il gene LMNA, che codifica due isoforme (lamina A e C) e che sono proteine della parte interna del nucleo, è il gene malattia di sindromi distrofiche (muscolari, lipodistrofia, cardiomiopatia dilatativa) e della Progeria che hanno la caratteristica di comparire precocemente con patologie che interessano l’invecchiamento (è gene LMNA è il tipico esempio che si fa insegnando di eterogeneità allelica, ndr). Perché differenti mutazioni di un componente strutturale del nucleo hanno effetti fenotipici così variabili? I topi ci aiutano a capire: il doppio knockout Lamina A/C e SUN1 (il cui prodotto interagisce con LMNA e ambedue fanno parte della struttura di legame tra scheletro del nucleo e citoscheletro- LINC) LAMNA^-/- SUN1 ^-/- ha, come atteso, un fenotipo muscolare più grave, ma, in modo del tutto inatteso, ha una sopravvivenza più lunga dei topi knock-out dell’uno o dell’altro gene, con patologie cardiache, muscolari, cifo-lordosi, deficit di crescita meno gravi. Nelle linee fibroblastiche di topo LAMNA^-/- SUN1 è grandemente espresso e la sua riduzione di espressione RNAi-mediata ripristina il normale fenotipo cellulare (altra sorpresa). Lo stesso succede nelle linee cellulari della Progeria umana. Di sorpresa in sorpresa (la ricerca spesso non conferma ma piuttosto sorprende) usando altri mutanti con fenotipo progerioide viene confermato che SUN1 è eccessivamente espresso nei 3 modelli animali di laminopatia e che la sua riduzione corregge i difetti cellulari e dell’organismo. Buon punto di partenza per una terapia.

PEDIATRI avete visto questo articolo?

Nanoparticle Treatment Reverses Cerebral Palsy in Rabbits. Nature 2012;336:286. La paralisi cerebrale interessa 3 nati su 1000, soprattutto prematuri. Vi sono cause genetiche (vedi Articoli interesse\Cerebral Palsy genetics: Lancet Neurol 2012 11 283) e non genetiche (infezioni-infiammazioni, asfissia) o una combinazione di loro. In un articolo su Science Translational Medicine di Aprile (http://scim.ag/SKannan), viene descritto un trattamento efficace nel coniglio con PC indotta (shock tossico alla madre 3 gg prima del parto), mediante iniezione di un farmaco anti- infiammatorio (N-acetil-cisteina) legato a nanoparticelle che trasportano il farmaco al SNC e lo rilasciano a specifiche cellule (microglia e astrociti)(meccanismo non noto). L’uso delle nanoparticelle riduce di 100 volte la dose del farmaco necessaria per fare effetto. E’ troppo presto per una sperimentazione clinica, ma possono però essere attuate manovre preventive nei bambini a alto rischio, il problema è quando: appena possibile. La terapia in uso tuttora è aspecifica e a danno avvenuto. Altra dubbio: per quanto fa effetto questa nuova terapia?

E gli altri, sempre molto interessanti:

Gene Expression. Running to stand still. Nature 2012;484:171. Transcription factors regulate the expression of genes by binding to certain DNA sequences. But the outcome can be markedly different, depending on whether the binding is stable or short-lived. Vedi lettera pg 251: Genome-wide protein–DNA binding dynamics suggest a molecular clutch for transcription factor function.

Wild-type microglia arrest pathology in a mouse model of Rett syndrome. Nature 2012;105:484. La s. Rett è una malattia XL da mutazione in buona parte dei casi del gene MECP2. Tale gene è espresso in molti tessuti e causa una disfunzione non solo neuronale, ma anche degli astrociti e della glia. Nel modello animale di questa malattia si è voluto verificare la funzione microgliale (un tipo di cellule neurogliali che durante lo sviluppo embrionale migrano dal midollo osseo al tessuto nervoso dove si differenziano) utilizzando vari approcci e si è provato che la microglia che esprime Mecp2 wild type in maschio con Mecp2 nullo ne migliora la sopravvivenza, favorisce la crescita ponderale, controlla l’attività respiratoria, migliora l’attività locomotoria. Anche topi femmine Mecp2^+/−  con impianto di microglia wild-type hanno un miglioramento fenotipico. Il ruolo della microglia nel partecipare al fenotipo Rett suggerisce che il trapianto di midollo osseo potrebbe essere una possibile terapia per questa grave condizione neurologica.

The BAH domain of ORC1 links H4K20me2 to DNA replication licensing and Meier–Gorlin syndrome, Nature 2012;484:115. La sindrome Meier-Gorlin tipo 1 (#224690: Ear, patella, short stature syndrome) è dovuta a mutazione di ORC1, un componente del complesso ORC (Origine del Complesso di Replicazione) che segna appunto l’origine della replicazione nella fase G1 del ciclo cellulare. L’identificazione di moduli proteici che riconoscono l’ampio spettro di modificazioni delle proteine istoniche consente di capire come le modificazioni della cromatina influenzino i principali processi nucleari. Il complesso lavoro studia, se ho ben capito, le basi molecolare della interazione tra un dominio del complesso ORC1, chiamato BAH (bromo adjacent homology), e l’istone H4K20me2, che se alterata causa ritardo della progressione del ciclo con insufficiente proliferazione cellulare e quindi bassa statura ipocellulare tipo la s. MG.

Structure of the mitotic checkpoint complex. Nature 2012;484:208. Complesso articolo sulla regolazione del checkpoint mitotico. L’articolo inizia bene, definendo il significato di questo processo (SAC) che assicura la normale segregazione cromosomica, ma poi si fa complicato nella definizione delle basi molecolari del blocco dell’inizio dell’anafase con la inibizione APC/C. Chi vuole può proseguire.

Using Gene Expression Noise to Understand Gene Regulation. Science 2012;363:183. Quali sono i fattori che determinano la variabilità fenotipica? Perché due cellule identiche geneticamente e con lo stesso ambiente hanno fenotipo diverso? La risposta classica è: perché l’espressione genica segue un processo stocastico (gene expression “noise”), cioè casuale con inizio noto e con diverse possibilità di evolvere. La regolazione genica sembra infatti strettamente correlata con questa “noise”. La review presenta quanto è noto sui meccanismi e sulle dinamiche della regolazione genica. Con il sequenziamento della singola cellula sarà possibile nel prossimo futuro determinare l’intero trascrittoma di molte singole cellule e determinare le distribuzioni di espressione e le correlazioni tra tutti i geni del genoma.

Multitude effects of MCM4 mutation. Nature Medicine 2012;18:506. Commento di due studi indipendenti (MCM4 mutation causes adrenal failure short stature, and natural killer cell deficiency in humans JCI 2012;122,814 e Partial MCM4 deficiency in patients with growth retardation, adrenal insufficiency, and natural killer cell deficiency JCI 2012;122:821) che hanno identificato (uno con analisi linkage e l’altro con sequenziamento esonico) il meccanismo patogenetico di una nuova condizione clinica a trasmissione AR (OMIM %609981) da mutazione di un gene (minichromosome maintenance-deficient 4)(MCM4) che è parte di un complesso elicasico MCM2-7 essenziale per la replicazione del DNA e l’integrità genomica. Il fenotipo è in parte sovrapponibile con quello di altre condizioni da difetto di riparazione del DNA o di replicazione cellulare con fragilità cromosomica, deficit di crescita pre- e post-natale e immunodeficienza, da difetto parziale di cellule natural killer (difetto selettivo delle cellule CD56^dim), e insufficienza surrenalica (come i topi con assenza di Mcm4 che hanno un’anomala morfologia surrenalica). Non vi sono informazioni sul rischio di cancro in questa condizione, complicazione frequentemente presente nelle patologie da difetto di riparazione DNA.

De novo mutations in the actin genes ACTB and ACTG1 cause Baraitser-Winter syndrome. Nature Genetics 2012;44:440. La s. Baraister-Winter (MIM #243310) è una malattia genetica a trasmissione ritenuta prima di questo lavoro, AR ma con possibilità di riarrangiamento submicroscopico, con deficit intellettivo, anomalia cerebrale tipo lissencefalia prevalentemente anteriore, microcefalia, deficit di crescita postnatale, ptosi palpebrale con coloboma irideo e ipertelorismo. Con exome sequencing è stata individuata una mutazione missenso de novo in 3 pz in uno dei due geni actinici non muscolari (actina beta- ACTB, ACTG1) coinvolti nella motilità, struttura e integrità cellulare. Il sequenziamento esonico ha consentito di identificare una mutazione de novo missenso nel primo gene in 1 pz e del secondo gene in 2 pz. Il sequenziamento dei due geni in altri 15 pz ha individuato in tutti la presenza di una mutazione considerata causativa (con due mutazioni ricorrenti).

Mutations affecting components of the SWI/SNF complex cause Coffin-Siris syndrome. Nature Genetics 2012;44:376. La s. Coffin-Siris è una anomalia congenita AD (MIM %135900) con deficit di crescita, microcefalia, deficit intellettivo, tratti grossolani del volto, e anomalie delle estremità tra cui ipoplasia ungueale del 5° dito delle mani (queste ultime spesso fanno sospettare la diagnosi- il nome alternativo infatti sec. OMIM è “Fifth digit syndrome”- e comunque di diagnosi non facile tanto che il LMD dice “is easy to overdiagnose or to miss”). Il sequenziamento esonico di 5 pz con CSS tipica ha identificato in due una mutazione de novo del gene SMARCB1. Tale gene è una subunità di un complesso SWI/SNF ATP-dependent chromatin-remodeling, che agisce come modificatore epigenetico modificando la struttura cromatinica e favorisce l’accesso al DNA di fattori di trascrizione. Il gene SMARCB1 è un soppressore di tumore che causa la Schwannomatosi (MIM #162091), una rara condizione simile alla NF2 ma in cui manca il tumore del nervo acustico.

Lo screening di mutazionale di altri 15 geni che codificano per una delle subunità del complesso SWI/SNF (SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1, ARID1A and ARID1B9) in 23 pz con s. Coffin-Siris ha individuato una mutazione (missenso o delezioni in-frame) nell’87% dei soggetti.

Mutations in SWI/SNF chromatin remodeling complex gene ARID1B cause Coffin-Siris syndrome. Nature Genetics 2012;44:379. In 3 pz con s. Coffin-Siris trovate mediante exome sequencing una mutazione troncante nel gene ARID1B. In 3 su 2,000 soggetti con deficit intellettivo/malformazioni è stata trovata mediante analisi CGH una delezione (rispettivamente di 2.72, 0.73 e 0.88 Mb) che include il gene ARID1B (vedi sopra). La conclusione è ovvia: l’aploinsufficienza di ARID1B causa la CSS.

Heterozygous missense mutations in SMARCA2 cause Nicolaides-Baraitser syndrome. Nature Genetics 2012;44:445. La s. Nicolaides-Baraitser è una malattia genetica a trasmissione ritenuta AD (praticamente tutti i casi sono sporadici)(MIM %601358) con caratteristico quadro clinico (capelli radi, caratteristici dismorfismi facciali, bassa statura, microcefalia, brachicefalia, ingrossamenti delle articolazioni interfalangee, epilessia, deficit intellettivo con grave deficit del linguaggio). Con exome sequencing è stato individuato il gene responsabile (SMARCA2)(vedi sopra) poi confermato in altri pazienti. Le mutazioni sono in gran parte dei casi missenso con effetto dominante negativo. La diagnosi clinica è molto robusta (è stata trovata una mutazione del gene in 34/37 pz con diagnosi clinica di certezza e in 2/7 pz con diagnosi di possibilità). Si chiarirà in futuro il ruolo di questo gene che quando è mutato è causa malattie diverse (vedi sopra).

Mutations in axonemal dynein assembly factorDNAAF3 cause primary ciliary dyskinesia. Nature Genetics 2012;44:381. La discinesia ciliare primitiva (PCD) deriva spesso da perdita del motore proteico dineinico che muove le ciglia e i flagelli. L’anomala motilità nell’epitelio respiratorio, nell’ependima causa anomalie con segni clinici progressivi come quelli respiratori (bronchiectasie). In metà dei casi vi sono difetti di lateralità da anomalia ciliare nodale embrionale (s. Kartagener con situs inversus totalis -CILD1 MIM #244400- e altre eterotassie spesso con malformazione cardio-vascolare). La PCD è geneticamente molto eterogenea (da CILD 1 a CILD 16 e altri geni-malattia).

Nel lavoro viene identificata un altro gene che codifica per una proteina che partecipa all’assemblaggio della dineina (DNAAF3, DyNein Axonemal Assembly Factor 3) sinora non ben caratterizzata, in cui mutazioni con perdita di funzione causa nell’uomo PCD. Viene dimostrato che knockdown di Zebrafish hanno un’alterato assemblaggio dineinico e perdita di motilità ciliare in molti tessuti causando PCD con idrocefalia, cisti renali e difetti di lateralità.

Mutations affecting the cytoplasmic functions of the co-chaperone DNAJB6 cause limb-girdle muscular dystrophy. Nature Genetics 2012;44:450. La Distrofia muscolare dei cingoli è un gruppo eterogeneo di malattie caratterizzate da debolezza muscolare, che interessa in particolare i muscoli del cingolo pelvico e del cingolo scapolare con varie forme recessive (LGMD2)(vedi #253600) e altre dominanti (LGMD1)(vedi MIM #159000). Il gene della LGMDC1 (co-chaperone DNAJB6) è stato identificato in un gruppo di famiglie finlandesi (n° 5), USA (n° 2) e italiane (n° 2). Mediante studio di linkage è stato localizzato in 7q36 e ora sono stati sequenziati i geni candidati: in uno di questi, DNAJB6, sono state trovate mutazioni ritenute causative.

Vedi anche Exome sequencing reveals DNAJB6 mutations in dominantly-inherited myopathy. Ann. Neurol. 2012;71:407 nella LGMD1E a trasmissione autosomica dominante.

(OMIM scrive: According to the report of the 105th ENMC workshop, the form of limb-girdle muscular dystrophy mapping to chromosome 7q has been designated 'LGMD1E'. OMIM had earlier designated the form on 7q as LGMD1D but later used the symbol for a form of LGMD and dilated cardiomyopathy thought to map to chromosome 6q in 1 family. E allora? Ndr).

KLHL3 mutations cause familial hyperkalemic hypertension by impairing ion transport in the distal nephron. Nature Genetics 2012;44:456. L’ipertensione familiare iperpotassiemica (Pseudoipoaldosteronismo tipo IIa) è una malattia AD con eterogeneità di locus (in una piccola proporzione di casi vi è mutazione del gene WNK1 o WNK4) e ampia variabilità fenotipica, dovuta a un alterato trasporto ionico del nefrone distale. Con analisi linkage e sequenziamento esonico è stato individuato un terzo gene (KLHL3), che è un nuovo membro del pathway di segnale che regola l’omeostasi ionica del nefrone distale e indirettamente la pressione arteriosa.

Cystic fibrosis: a mucosal immunodeficiency syndrome. Nature Medicine 2012;18:509. Review sulle basi immunologiche delle infezioni polmonari ricorrenti (in genere da Stafilococco aureo e Pseudomonas aeruginosa) che diventano nel tempo difficili da curare con la terapia antibiotica e che ne sono la principale causa di morbilità e mortalità. Si è sempre sostenuto che la causa di queste infezioni sia l’alterata clearance mucociliare, infiammazione e infezioni batteriche con germi che diventano resistenti alla terapia antibiotica. Viene invece proposto un diverso meccanismo costituito da una primitiva alterazione della immunità tissutale prodotta direttamente dalla mutazione del gene CFTR. Questo potrebbe indicare un nuovo approccio terapeutico.

C9orf72 repeat expansions in patients with ALS and FTD. Lancet 2012;11;297. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Frequency of the C9orf72 hexanucleotide repeat expansion in patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD): a cross-sectional study. Pg. 323)(vedi anche due precedenti articoli su PNAS sulla ASL, citati nella Selezione del Febbraio 2012). Frequenza di mutazione (espansione esanucleotidica da 23 copie a 700-1600 copie) del gene C9orf72 in 4.448 pz con ALS e 1.425 con FTD in diverse popolazioni (USA, Europa, Australia). Portano la mutazione il 7% dei pz bianchi e il 4.1% degli afro-americani con ALS sporadica e il 36.7% con la ALS familiare. E’ meno frequente la mutazione nella FTD: 6% se sporadica e 24.8% se familiare nella popolazione bianca. Quando fare questo test genetico nei pz? Nei casi familiari e nei casi sporadici con test comportamentale del sistema frontale positivo o, come suggeriscono gli AA, in tutti o pz, sporadici o familiari? E nei familiari a rischio? Cautela perché non ci sono studi di penetranza nei casi con bassa espansione e la tecnica usata è semiquantitativa e imprecisa nel quantificare l’espansione. Viene suggerito il ricorso a Southern blotting di un ampio numero di pz per stabilire il cut off indicativo di una mutazione causa di malattia.

Molecular diagnosis in mitochondrial complex I deficiency using exome sequencing. JMG 2012;49:277. Sequenziamento esomico in 10 soggetti con malattie del complesso I, con risultati a tappe: 1. identificazione di mutazioni note di geni del complesso I (2 pz); 2. Due nuove varianti possibilmente causative in un gene strutturale del complesso I (in un gene varianti in 2 pz e varianti in un altro gene in un altro pz); 3. Due varianti potenzialmente patogene in un gene codificante per una proteina mitocondriale (2 pz con mutazione perdita di funzione in un gene). Tre pz senza varianti significative, ricerca in corso.

Genomic analysis of mitochondrial diseases in a consanguineous population reveals novel candidate disease genes. JMG 2012;49:234. Analisi dell’Autozigoma (ma stiamo creando una nuova lingua!) in 10 pz figli di consanguinei con sospetta encefalomiopatia mitocondriale. Confermati alcuni geni mitocondriali noti e identificati 2 nuovi geni (MFF e FARS2), uno convolto nella fissione dei mitocondri e uno è una aminoacil-tRNA sintetasi (sono note altri geni malattie di queste sintetasi).

Integrating Genomes. Science 2012;336:179. Review sulla necessità di integrare le varie informazioni che derivano dall’analisi genomica, molecolare e fenotipica con un’altra subdisciplina, la genomica computazionale. I computer sinora si sono rivelati necessari per processare e archiviare i dati ottenuti dal sequenziamento. Ma quello che sembrava un grosso volume di dati ora è imparagonabilmente piccolo con i terabite di dati che escono dalle attuali macchine di sequenziamento high-throughput, che la genomica computazionale potrà aiutarci a capire e interpretare.

Molto bella la Fig. 2 che mostra il processo dinamico che ha portato all’evoluzione e all’azione del genoma sui processi molecolari cellulari e sul loro effetto sul fenotipo (malattie, varianti fenotipiche), così come per selezione naturale il fenotipo condiziona la pressione selettiva sul genoma favorendo o sfavorendo specifiche mutazioni (da lezione). E molto bella anche l’introduzione (articolo da leggere con calma, non leggiucchiare come ho fatto io, ndr).

mTOR Signaling in Growth Control and Disease. Cell 2012;149:279. Review sul network di segnale mTOR (mammalian TOR o, più attuale, mechanistic TOR) che consente sopravvivenza e crescita adattando l’organismo a condizioni ambientali variabili di apporto nutritizio.E’ formato da due distinti complessi: complesso 1 (mTORC1) and 2 (mTORC2) e la sua deregolazione è causa di malattia. In questa review sono presentate le attuali conoscenze di questo pathway, il suo ruolo fisiologico e patologico e l’approccio farmacologico per modularne l’attività, come la rapamicina, un macrolide a attività antiproliferativa e che inibisce, se usato a lungo termine, mTOR, ma solo in alcuni tipi cellulari. Vengono presentati e discussi i vari ruoli: nei tumori, in cui  ne promuove la genesi (e questo suggerisce una possibile via terapeutica con farmaci specifici) e nelle malattie metaboliche (obesità, steatosi epatica non alcolica, resistenza insulinica, diabete tipo 2) in cui mTOR opera in vari modi: ha un ruolo nella controllo energetico centrale a livello ipotalamico, nella regolazione della massa muscolare, nel metabolismo ossidativo, nell’omeostasi glucidica, nella regolazione nel fegato della chetogenesi e lipogenesi (mTORC1) e nella regolazione pancreatica della secrezione insulinica e nell’omeostasi glucidica. Poichè l’attivazione cronica di mTOR porta a queste malattie metaboliche ha senso pensare a inibitori mTOR per il trattamento di queste malattie. Nell’animale la terapia con rapamicina non funziona. Altri farmaci (es. AZD8055) sono molto più attivi ma il loro uso di lunga durata altera alla lunga il metabolismo. Ma mTOR svolge anche un ruolo nelle malattie degenerative (Alzheimer, Demenza frontotemporale, SLA, c. Huntington) controllando il processo autofagico che provvede alla clearance degli aggregati proteici nelle cellule, processo che è alterato in molte malattie neurodegenerative L’inibizione di mTOR con rapamicina promuove l’autofagia in vitro e in modelli vivo con eliminazione degli aggregati e dei misfolding proteici. Vi sono ora inibitori mTOR più efficaci e specifici per la funzione autofagica. Infine mTOR interferisce anche con i processi di invecchiamento: sappiamo che restrizioni alimentari rallentano tali processi e che, per il ruolo svolto da mTOR nell’uso di energia esterna, inbitori mTOR allungano la vita del levito, della C. elegans e del topo. Ma la maggiore sopravvivenza con l’uso della rapamicina nel topo ha come effetto collaterale una riduzione delle cellule beta e alterare l’omeostasi glucidica e lipidica in vivo. In sintesi, dato il ruolo centrale di mTOR nel metabolismo, l’uso di forti inibitori causano effetti avversi non accettabili, o accettabili solo se la terapia è di breve durata, come nella cura del cancro. Il controllo parziale dell’attività di mTORC1 e mTORC2 che si ha con la rapamicina probabilmente è più tollerabile anche se di lunga durata. Ma sono necessari nuovi farmaci che modulino meglio questo controllo per ridurre al minimo gli effetti indesiderati.

Clinical Phenotype and Mutant TRα1. NEJM 2012;366:1451. Letter. L’attività dell’ormone tiroideo, importante per lo sviluppo e il metabolismo, è mediata dal legame di T3 con recettori nucleari (TRs) che modificano l’espressione di geni che rispondo all’ormone. Vi sono diverse isoforme di TR codificate da due geni (thyroid hormone receptor alpha –THRA, e beta -THRB). Mutazioni THRB causano resistenza all’ormone con effetto fenotipico variabile. Viene riportata una famiglia con mutazione THRA, con figlia di 3a con macroglossia, onfalocele, macrocefalia e ritardo psico-motorio (qualcuno pensava forse alla Beckwith?), lussazione delle anche, bassa statura e ritardo della maturazione scheletrica. Test tiroidei: molto bassi livelli di T4, molto alti livelli di T3, normale TSH. Non dimentichiamoci dell’ipotiriodismo in DD.

Pulmonary Fibrosis, Bone Marrow Failure, and Telomerase Mutation. NEJM Letter 2012;366:1551. La telomerasi assicura l’integrità dei telomeri. Descritto un pz di 56a, non fumatore, con iperlipiemia, diabete m. 2, modica pancitopenia (ipocellularità, 30%, al MO) e fibrosi polmonare dall’età di 49°; quest’ultima patologia era presente nel padre e in 3 sorelle, ma in età più avanzata. Lunghezza dei telomeri nei linfociti e nei granulociti meno del 3° centile per età. L’analisi del gene TERT ha trovato una variante missenso non descritta, in una sede conservata e in dominio di oligomerizzazione.

Lezioni: anticipazione dei segni clinici nelle mutazioni telomerasiche, importante l’anamnesi familiare soprattutto non focalizzate alla patologia di organo, sarebbe utile sapere l’esito del trapianto (i pz con fibrosi idiopatica polmonare sono trapiantati) e se potrebbe essere indicato anche un trapianto contemporaneo di MO. Gli internisti devono essere informati della possibilità di una malattia telomerasica nei pz con fibrosi polmonare idiopatica e pancitopenia.

Familial Diarrhea Syndrome Caused by an Activating GUCY2C Mutation. NEJM 2012;366:1586.

La diarrea familiare è una condizione geneticamente eterogenea, usualmente AR, e clinicamente grave. In una famiglia con tre affetti da una forma AD clinicamente cronica, precoce ma lieve associata a suscettibilità a episodi di infiammatone o di ostruzione intestinale e esofagite viene localizzato il gene malattia tramite studi di associazione e poi con sequenziamento esonico della regione candidata. Il gene mutato (missenso) GUCY2C codifica una guanilatociclasi C (GC-C), recettore di enterotossine batteriche stabili al calore. Studi funzionali del mutante CG-C usando cellule HEK293T (embrionali renali immortalizzate) dimostrano che l’esposizione del recettore mutante al suo ligando causa una marcata produzione di monofosfato ciclico di guanosina che probabilmente determina un’iperattivazione di CFTR (prodotto del gene della fibrosi cistica) determinando un’aumentata secrezione di acqua e cloro dagli enterociti. Questa bella segnalazione suggerisce di studiare il pathway GC-C – CFTR nella m. Chron.

Alopecia Areata. NEJM 2012;366:1515. Ottima review degli aspetti clinici, fisiopatologici, genetici e terapeutici della AA.

TERAPIA

Di nuovo sulla FC (vedi vari articoli su Spigolature o Articoli precedenti). Promising new era dawns for cystic fibrosis treatment. Lancet 2012;379:1475. The recent approval of a new drug and the start of a phase 2 gene therapy trial are creating excitement about future treatment possibilities for people with cystic fibrosis.

Il Reader’s Digest della Genetica (senza alcuna spocchia da parte mia)

Genetics for clinicians: From candidate genes to whole genome scans (technological advances). Best Pract Res Clin Endocr Metab 2012;26:119. Da distribuire ai nostri specializzandi e ai medici con cui collaboriamo.