Articoli Genetica Clinica/Umana Giu 2012, R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati nel Giugno 2012 nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neuroscience, NEJM, PNAS, Science & Cell.

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Mechanisms and consequences of widespread random monoallelic expression. Nature Reviews Genetics 2012;13:421. Review sui meccanismi e sulle conseguenze dell’espressione monoallelica casuale di geni autosomici, simile a quella dei geni XL nelle femmine dei mammiferi, e che sono più numerosi di questi. Per alcuni di questi geni autosomici in metà delle cellule è espresso l’allele materno e nella restante metà quello paterno, per altri invece questa espressione monoallelica casuale (RME) riguarda solo alcune cellule mentre tutte le altre hanno un’espressione biallelica. E questo comporta eterogeneità cellulare e una straordinaria varietà di combinazioni. I primi geni in cui è stato osservato questo sono stati i geni codificanti i recettori dei linfociti B e T (è stata definita esclusione allelica, 1965) mediante geni attivanti la ricombinazione (RAG), i geni dell’olfatto presenti in cluster nel genoma, recettori del ferormone, recettori delle cellule natural killer, geni coinvolti nelle funzioni chemosensorie e immunitarie. Nel 2007 le nuove tecniche di analisi del genoma hanno consentito di stimare che il 5-10% dei geni hanno RME. Da notare che per nessun gene soppressore di tumore è stato dimostrata la RME. Quali gli effetti immaginabili sul fenotipo? La variabile espressione di certe variazioni e le note difficoltà di rapporto genotipo/fenotipo. Il meccanismo è una replicazione asincrona. Sono facilmente comprensibili le implicazioni funzionali per i chemosensori: ad es. per l’olfatto si evita la confusione di funzione di due diversi alleli del recettore, per i geni codificanti recettori del sistema immunitario si genera una estrema diversità cellulare. Meno chiaro per altri geni. Il fenomeno EMC ha anche implicazioni per l’evoluzione. Molto bello

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 Mutations in KANSL1 cause the 17q21.31 microdeletion syndrome phenotype. Nature Genetics 2012;44;636 e Mutations in the chromatin modifier gene KANSL1 cause the 17q21.31 microdeletion syndrome. Nature Genetics 2012;44:639. Due lavori (di cui uno dei colleghi della Cattolica di Roma) sulla sindrome da microdelezione 17q21.31 che ora si dimostra che è una sindrome monogenica da aploinsufficienza del gene KANSL1. Situazione analoga a altre sindromi da microdel come la s. Smith-Magenis syndrome (delezione 17p11.2, gene RAI1), la s. Phelan-McDermid syndrome (del22q13, gene SHANK3), la s. Kleefstra (del9q34, gene EHMT1). Il gene KANSL1 codifica per un prodotto che fa parte del complesso non-specific lethal (NSL), altamente conservato e descritto per la prima volta nella Drosofila, il cui knockout è responsabile di una significativa riduzione di apprendimento. Va sottolineato (ndr) che l’identificazione del gene che determina il fenotipo nella s. da microdelezione 17q21.31 è avvenuta in base a una selezione clinica accurata, incluso (gruppo di Roma) il dismorfismo facciale, che ha indotto a ricercare mutazioni dei geni compresi nel segmento usualmente deleto in soggetti con fenotipo compatibile con del17q21.31 ma senza microdelezione. Vedetevi le foto e memorizzate le caratteristiche facciali. Una dimostrazione della necessità, prima di applicare un test genetico, di una competente e approfondita valutazione clinica.

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Exome sequencing and the genetic basis of complex traits. Nature Genetics 2012;44:623. Il sequenziamento esonico (SE) ha avuto un buon successo negli studi di sequenziamento di geni candidati e ora è anche usato negli studi di associazione di rare varianti codificanti per le malattie complesse. In questa Perspective viene commentata l’esperienza di SE di 438 persone e viene presentato il trattamento e il controllo di qualità dei dati grezzi di ottenuti, le statistiche applicate, il peso dato alle varianti rare per identificarne l’associazione con il fenotipo e la necessità di stratificare la popolazione (def.: suddividerla in sottopopolazioni (strati) il più possibile omogenee rispetto alla variabile da studiare, utilizzando una variabile ad essa correlata, ndr) nell’analisi delle variante rare. Gli AA concludono che l’entusiasmo del SE per lo studio dei tratti multifattoriali è giustificato ma la popolazione in studio deve essere molto ampia (>10.000 campioni) per poter raggiungere la necessaria potenza statistica (che dipende dal numero di eventi che si verificano in uno studio e dal numero di soggetti inclusi nel campione, questo per rendere meno probabile il rischio di considerare non significativa una differenza invece esistente, ndr). Vedi altri lavori citati nelle Spigolature Maggio 2012 (Not-so-rare gene variants. Nature 485:418; http://www.sciencemag.org/content/early/recent)(National Heart, Lung, and Blood Institute Exome Sequencing Project; Science 2012;336:740. Recent explosive human population growth has resulted in an excess of rare genetic variants).

Ancora Autismo

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Fruits of exome sequencing for autism. Research highlights. Nature Reviews Genetics doi:10.1038/nrg3248. Commento di 5 articoli/commenti di cui 4 (Nature 2012; pg. 237, pg. 242, pg. 246; pg. 482; PLoS Genetics 2012;8:e1002635) riportati nell’elenco degli “Articoli di interesse” dello scorso Maggio, e un articolo su Neuron (De novo gene disruptions in children on the autistic spectrum. Neuron 2012;74,285). L’abbondanza di dati consente alcune considerazioni: sono state individuate 127 mutazioni de novo che alterano la funzione genica, alcune sicuramente causative della patologia, estrema eterogeneità di locus con almeno 6 geni con mutazioni troncanti (es. SCN2A, CHD8, KATNAL2) e molte decine di altri geni coinvolti (alcuni stimano 65, altri dicono centinaia), geni che contribuiscono ciascuno per una piccola frazione di casi, molti svolgono un ruolo cruciale in alcuni pathway di segnale cruciali (β-catenina-chromatin remodelling protein network circa 40% dei casi, p53) e sono geni causativi di alcune malattie comportamentali e epilessia, una frequenza di mutazioni non sinonime de novo nei pz (46%) più alto rispetto alla popolazione normale (mutazioni che potrebbero costituire un rischio ma non essere da sole causa di malattia), le mutazioni de novo sono in prevalenza di origine paterna e sono correlate con l’età paterna (come alcune malattie MG AD, ndr). Vi sono anche altri geni ritenuti causa di autismo (UBE3B, CLTCL1, NCKAP5 like, ZNF18) in omozigosi di mutazioni missenso rare. Ma sembra che il contributo all’autismo non sia limitato a geni codificanti a proteine ma esteso anche a regioni non codificanti (MSNP1AS)(A noncoding RNA antisense to moesin at 5p14.1 in autism. Science Translational Medicine 2012;4:128ra40)

Nell’autismo sono state trovate mutazioni-malattia di geni delle proteine sinaptiche, come la neuroligina, la neuressina, GKAPs/SAPAPs e ProSAP/Shank, ma ne rimangono non ancora ben chiari i meccanismi patogenetici. Due lavori sul modello di topo con mutazione del gene Shank2 possono indicare l’appropriata terapia in base al meccanismo patogenetico che determina la patologia neurologico-comportamentale.

Autistic-like behaviours and hyperactivity in mice lacking ProSAP1/Shank2. Nature 2012;486:256. Sono stati generate topi che mancano di tutte le isoforme ProSAP/Shank2 e ne è stato verificato il fenotipo proteico, tissutale (architettura sinaptica), neurofisiologico e comportamentale. E’ stata dimostrata: una disregolazione della neurotrasmissione glutamatergica, con l’analisi comparativa di topi con mutazione di proteine simili (ProSAP1/Shank2 o delle principali isoforme di ProSAP2/Shank3), che fanno parte dello stesso pathway sinaptico, si rileva che le conseguenze molecolari possono essere diverse (eccesso o difetto di recettori del glutamato), il fenotipo comportamentale di mutazioni di ogni membro della famiglia ProSAP/Shank è comunque quello dello spettro autistico (ASD): mantenuta la memoria di lavoro (informazioni che vengono intrattenute temporaneamente dal sistema mnestico, ma con una capacità ed un tempo di ritenzione ridotti, Wikipedia), aumentata l’ansietà, presenza di anomalie di interazione sociale e di vocalizzazione. Rimane da stabilire se terapie gene- o pathway specifiche possono modulare o far regredire i meccanismi molecolari responsabili del ASD.

Autistic-like social behaviour in Shank2-mutant mice improved by restoring NMDA receptor function. Nature 2012;486:261. Mutazioni di Shank2 sono causa di autismo e di deficit intellettivo. E’ stato generato un topo con delezione dell’esone 6 e 7 del gene Shank2 (Shank2^-/-), delezione che determina nell’uomo la nota sindrome da microdelezione. Il fenotipo è quello classico murino dell’autismo con ridotta socializzazione da vocalizzazioni ultrasoniche, salti ripetitivi, con normale struttura cerebrale e normale sopravvivenza. La delezione comporta assenza di proteina Shank2 nell’encefalo senza effetto compensatorio di Shank1 e Shank3. Vi è una notevole diminuzione della funzione dei recettori glutammato NMDA (NMDAR). La loro stimolazione con D-cicloserina ne normalizza la funzione e migliora l’interazione sociale dei topi Shank2^-/-. Anche la terapia con mGluR5 (metabotropic glutamate receptor 5)(i recettori metabotropici glutammatergici sono importanti per la plasticità e lo sviluppo neuronale, ndr)(vedi

Genome-wide copy number variation study associates metabotropic glutamate receptor gene networks with attention deficit hyperactivity disorder. Nat Genet 2012;44:78)(vedi Articoli di interesse Gennaio 2012), che attivando NMDAR ne normalizza la funzione e aumenta considerevolmente nel topo l’interazione sociale.

Possibile strategia terapeutica per una frequente e grave patologia comportale (frequenza 1/150 bambini, ereditabilità 40-80%, rischio per fratelli 25 volte superiore della popolazione generale, concordanza gemelli MZ 60%, DZ 20-30%, causa nota nell’1-2% dei casi: monogenico in <1%).

Maternal periconceptional folic acid intake and risk of autism spectrum disorders and developmental delay in the CHARGE (CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment) case-control study.

Am J Clin Nutr 10.3945/ajcn.110.004416. Studio per verificare se l’assunzione materna di acido folico (AF) in epoca periconcezionale modifica il rischio di figli con Deficit intellettivo o Autismo. Nell’ambito di uno studio popolazionistico CHARGE (CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment) di lunga durata (2003 to 2009)(Davis Ca.) è stato stimata l’assunzione quotidiana di ac. folico in un gruppo di madri con figlio con autismo (n. 429) o con ritardo di sviluppo (n.278) rispetto a madri con figlio con normale sviluppo e comportamento (n. 278). Come da attendersi l’assunzione media di AF nel primo trimestre di gravidanza è stata significativamente maggiore nelle madri con figlio normale rispetto alle madri con figli con autismo. La dose quotidiana > 600 µg AF nel primo trimestre è associato a ridotto rischio di figlio con autismo e è dose dipendente. L’associazione tra assunzione di AF e ridotto rischio di autismo è risultata ancor più significativa per madri e figli con il polimorfismo MTHFR 677 C>T. La conclusione è che l’assunzione periconcezionale materna di AF sembra ridurre il rischio di autismo nel figlio, soprattutto in coloro che hanno un metabolismo meno efficiente dei folati (vedi anche Epidemiology 2011;22:476, Spigolature Aprile 2012). “The replication of these findings and investigations of mechanisms involved are warranted” dicono gli AA (ma perchè l’autismo sembra crescere di frequenza in USA – vedi Autism increase. Nature 2012;484:11, vedi Spigolature Aprile 2012- quando i cereali sono arricchiti con AF in USA per la prevenzione dei DTN? Ndr).

Reversing the fragile X phenotype. Research highlights. Nature Reviews Neuroscience doi:10.1038/nrn3255. Topi Fmr1^-/y che mancano della proteina assente nella s. Fragile X (FMRP) dell’uomo hanno molte manifestazioni cliniche della condizione umana che possono essere corrette con riduzione dell’attività di un recettore metabiotropico per il glutammato (mGluR5) mediante manipolazione germinale. Ma per trasformare questa osservazione in una strategia terapeutica per la s. Fragile X andava dimostrato che tale effetto lo si riscontra anche quando il fenotipo è già presente. Il commento riguarda l’articolo (Chronic pharmacological mGlu5 inhibition corrects fragile X in adult mice. Neuron 2012;74:49) in cui si conferma che l’inibizione farmacologica cronica di mGluR5 nel topo adulto corregge molte delle anomalie fenotipiche (apprendimento e memoria) da perdita di FMRP. Ma anche è dimostrabile un positivo effetto tissutale (densità dendritica) e una regolazione dei pathway di segnale ERK e mTOR a livello della corteccia cerebrale.

Anti-stress therapy for muscular dystrophy. Research Highlights Nature Biotechnology 2012;30:508. Commento di un lavoro (Hsp72 preserves muscle function and slows progression of severe muscular dystrophy. Nature 2012;484:394) che parte dall’osservazione del ruolo di processi infiammatori nella patogenesi della m. Duchenne e verifica l’effetto di un farmaco, BGP-15, che è un induttore farmacologico di heat shock protein 72 (Hsp 72), proteina sregolata in alcune patologie; BGP-15 è un buon candidato per la terapia di malattie “dei lipidi di membrana” con misfolding proteico associato con l’età (è in sperimentazione clinica ad es. nel diabete) senza rilevanti effetti collaterali. In due diversi modelli di topo Duchenne l’aumentata espressione di Hsp 72 preserva la forza muscolare e ne migliora gli aspetti distrofici dei muscoli. La terapia viene proposta per la m. Duchenne e per altre condizioni con patogenesi simile o come unica terapia sintomatica o in associazione con altre terapie farmacologiche o geniche.

Hereditary mixed polyposis syndrome is caused by a 40-kb upstream duplication that leads to increased and ectopic expression of the BMP antagonist GREM1. Nature Genetics 2012;44:699.

Mutazioni ad alta penetranza di alcuni geni come APC, MSH2 and MLH1 causano specifici tumori colorettali associate a specifiche anomalie extracoliche. La sindrome da poliposi ereditaria mista (HMPS) è una malattia tumorale AD con polipi del colon-retto di diversi tipi e con alto rischio di carcinoma. Usando una complessa metodologia nelle famiglie con HMPS (mappatura genetica, array oligonucleotidico custom, NGS, analisi di espressione genica e funzionali) viene individuata una piccola duplicazione a livello di 15:30.77 Mb a monte del locus GREM1 che determina un’espressione aumentata e ectopica allele specifica del gene che a sua volta causa una riduzione di attività del pathway BMP (Bone Morphogenetic Protein), meccanismo in comune con un’altra condizione simile (Poliposi giovanile del grosso intestino).

La duplicazione causa di HMPS sinora è stata trovata solo nella popolazione degli ebrei askenaziti.

Mutations in the RNA exosome component gene EXOSC3 cause pontocerebellar hypoplasia and spinal motor neuron degeneration Nature Genetics 2012;44:704. L’ipoplasia pontocerebellare (PCH) è un gruppo clinicamente e geneticamente eterogeneo di condizioni (PC1-PC6) AR con grave patologia neurodegenerativa caratterizzate da ridotta crescita e funzione del tronco e cerebellare, microcefalia e ritardo di sviluppo globale. PCH1 ha oltre a questo anche perdita delle cellule delle corna anteriori del midollo spinale con secondaria diffusa atrofia muscolare (tipo SMA). Nel mx parte dei casi la diagnosi è solo clinica, in sole due occasioni è stata trovata una mutazione in uno dei tre geni VRK1 (encoding vaccinia-related kinase 1) o RARS2 (encoding mitochondrial arginyl-tRNA synthetase 2) o TSEN54 (encoding tRNA splicing endonuclease 54). In questo lavoro il sequenziamento esonico in una famiglia con 4 fratelli affetti è stata trovata omozigosi di una variante rara del gene EXOSC3 in tutti gli affetti. L’analisi di altre famiglie (totale 13, due sole con consanguineità dei genitori) ha consentito di validare tale dato trovando mutazioni bialleliche missenso, frameshift e del sito di splicing. In 4 non è stata trovata mutazione dei geni noti, incluso EXOSC3. Knockdown di exosc3 in embrioni di zebrafish determina anomalie di sviluppo con piccole dimensioni cerebrali e ridotta mobilità. Questo è il primo esempio di malattia umana da mutazione di un gene che codifica per un componente del complesso multiproteico che degrada vari tipi di RNA, suggerendo un ruolo critico del metabolismo del RNA nello sviluppo cerebrale.

Mutations in IRX5 impair craniofacial development and germ cell migration via SDF1. Nature Genetics 2012;44:709. Alterazioni anche modeste di proliferazione o migrazione delle cellule della cresta neurale (NCC), determinano anomalie cranio-facciali strutturali e funzionali con compromissione non solo cranio-facciali ma anche dentali, lacrimali, salivari e tiroidee. Nel lavoro viene descritta una nuova condizione clinica a trasmissione AR (MIM #611174) con deficit intellettivo, anomalie frontonasali (simile alla displasia fronto-nasale, ndr), miopia, ipoplasia lacrimale e salivare, ipodontia, orecchie prominenti, ipoacusia NS, fragilità scheletrica, DIV con anomalie di conduzione, anemia microcitica-ipocromica. Sulla base della funzione di questo gene (vedi poi) nei maschi è stata documentata anche un’anomalia testicolare. La mappatura per omozigosità e il seguente sequenziamento dei geni (73) in 2 diverse famiglie con 5 probandi e con incroci di consanguinei, ha identificato due diverse mutazioni missenso di un fattore di trascrizione IRX5. Knockdown di Irx5 negli embrioni di Xenopus laevis (rana Africana) causa anomalie simili a quelle osservate nei probandi, in particolare anomalie craniche da alterata migrazione delle NCC nel primo arco branchiale che sono prevenibili iniettando il gene selvatico di topo ma non il gene con mutazione missenso. Nello X. laevis Irx5 modula la migrazione delle cellule progenitrici negli archi branchiali e nelle gonadi (vedi clinica) controllando l’espressione di un gene (Sdf1) una citochina essenziale per la migrazione delle NCC. Il gene IRX1 coopera con altre due proteine zinc-finger (GATA3 e TRPS1) la cui aploinsuffcienza causa due condizioni con segni clinici in parte simili a quelli di questa nuova condizione, Ipoparatoroidismo con ipoacusia NS e malattia renale (#MIM 146245) e Sindrome Trico-rino-falangea 1 (MIM #190350).

CCDC103 mutations cause primary ciliary dyskinesia by disrupting assembly of ciliary dynein arms. 2012;44:714. Analisi genetiche (mappatura, gene candidato) nello zebrafish hanno consentito di identificare mutazioni di un gene (ccdc103c) come causa di paralisi ciliare nel pronefro, placode olfattivo e nel canale spinale; tale gene è quindi ritenuto essenziale per l’assemblaggio dineinico dell’assonema e la motilità cigliare. L’analisi genetica di 146 famiglie di origine pakistana con soggetti affetti da discinesia cigliare primaria (PCD1, MIM #244400) ha identificato mutazioni dell’ortologo umano CCDC103, alcune ipomorfe altre decisamente patogene. CCDC103 costituisce quindi un importante fattore assonemico che favorisce l’ancoraggio della dineina, motore proteico, ai microtubuli cigliari.

Paper reveals new channels for worry over long QT syndrome. New Nature Medicine 2012;18:839. La sindrome con QT lungo è una condizione caratterizzata da allungamento dell’intervallo QT all’ECG, che significa un tempo eccessivo tra depolarizzazione e ripolarizzazione ventricolari con predisposizione a un’aritmia cardiaca, che può esitare in fibrillazione ventricolare e morte improvvisa. Può essere dovuta a una mutazione (sinora circa 700) di uno dei 13 geni noti (quelli per ora noti) o indotto da farmaci specialmente gli inibitori della tirosinchinasi, come Nilotinib (Novartis) usato come terapia della leucemia mieloide cronica. Tale farmaco fa crescere la frequenza di tale complicazione dal 5% di partenza all’11% dopo il trattamento (Haematologica doi:10.3324/haematol.2011.058776, 2012). Si è sempre pensato che questi farmaci bloccassero i canali ionici del potassio ritardando la ripolarizzazione. Ma sembra che il meccanismo sia più complesso determinando un’inibizione del pathway di segnale PI3K che interessa anche altri canali ionici (Science Translational Medicine 2012;4:131ra50). Questo induce a un cambiamento nei test preclinici di nuovi farmaci che per ora includono solo la valutazione del blocco del canale del potassio, il suggerimento allora di “Beyond potassium”. Ma queste informazioni potrebbero essere utili per sviluppare farmaci da aggiungere a quelli noti e che attivino il pathway P13K, rendendo possibile l’utilizzo dei farmaci già in uso e il recupero di quelli scartati per l’effetto negativo sul QT. (Queste nuove info potrebbero essere utili anche per il QT lungo genetico? ndr).

Somatic mutations in Brain. Nature Medicine 2012;18:869. Nella emimegalencefalia (HMG), caratterizzata da eccessivo sviluppo e malformazioni (displasia corticale con epilessia) di un emisfero cerebrale è stato trovato in alcuni soggetti una mutazione somatica attivante confinata all’encefalo del gene AKT3 (Somatic Activation of AKT3 Causes Hemispheric Developmental Brain Malformations. Neuron 2012;74:41). Il knockout del topo e dello zebrafish ha ridotto numero di neuroni e ridotte dimensioni cerebrali, mentre la sovraepressione AKT3 determina aumento dello spessore cranico nello zebrafish, esperimenti che sottolineano il ruolo di questo gene nel controllo dinamico delle dimensioni craniche. La clinica aveva notato una sovrapposizione tra HMG e la s. Proteus (MIM #176920), che è un’altra condizione con eccesso di crescita asimmetrica e sproporzionata di varie parti del corpo, del connettivo, del tessuto adiposo con malformazioni vascolari da attivazione somatica in mosaico del gene AKT1 (NEJM 2011;365:611) e una sindrome con ipoglicemia e emi-ipertrofia da mutazione germinale o somatica attivante del gene AKT2 (An Activating Mutation of AKT2 and Human Hypoglycemia. Science 2011;334:474)(vedi Articoli interesse 2011). Interessante anche che nel cancro, che non è una complicazione della HMG, sono state trovate mutazioni del gene AKT3. Come per altre condizioni l’effetto della mutazione può dipendere dal tipo di mutazione (PTPN11 s. Noonan e leucemia mieloide acuta, ad es. ndr) o dal diverso contesto cellulare come ipotizzato per AKT3.

Wnt/ß-Catenin Signaling and Disease. Cell 2012;149:1192. Review sul pathway di trasduzione del segnale WNT/b-catenina che controlla lo sviluppo e i cui numerosi componenti contribuiscono a un ampio spettro di patologie nell’uomo note dai primi anni ’90 con l’identificazione del gene della Poliposi adenomatosa colica (APC) che interagisce con la ß-Catenina. Ora sono quasi 30, buona parte con mutazioni da perdita di funzione, poche con acquisizione di funzione, tra cui mutazione del gene codificante la proteina WNT3 LOF tetra-amelia, WNT4 LOF Mullerian duct regression and virilisation, WNT5B LOF? type II diabetes, WNT7A LOF Fuhrmann syndrome, WNT10A LOF odonto-onchyo-dermal hypoplasia, WNT10B LOF obesity, cheratosi palmo-plantare, ipotricosi ereditaria semplice, vitreo-retinopatia essudativa familiare, vari tipi di cancro, diabete tipo II e altre (Tab. 1). Nella review vengono poste 10 domande a cui non è possibile per ora dare risposta, tra cui: quanti geni sono controllati dal Wnt, rapporto delle cellule staminali del cancro con Wnt, identificazione di efficaci inibitori di Wnt.

Tumor Suppression by p53: Fall of the Triumvirate? Cell 2012;149:1183. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Tumor Suppression in the Absence of p53-Mediated Cell-Cycle Arrest, Apoptosis, and Senescence. Pg. 1269) in cui viene sottolineato il ruolo di soppressore di tumore di p53 che viene attivato da segnali come l’attivazione di un oncogene, l’erosione telomerica, l’ipossia e il danno genotossico. A sua volta p53 coordina tre meccanismi di risposta, che sono l’induzione di arresto del ciclo cellulare, l’apoptosi e la senescenza. Così viene evitato che la cellula esposta a stress oncogenico proliferi e che si sviluppi il tumore. L’articolo, come dice il commento, getta costernazione, perché dimostra che un mutante p53 (3KR) non induce l’arresto del ciclo cellulare, apoptosi o senescenza ma protegge comunque il topo dallo sviluppo del tumore. Ma allora “if not cell-cycle arrest, apoptosis, or senescence, what is p53 doing?” Lo studio dimostra che i geni che rimangono rispondenti alla mutazione 3KR sono quelli della regolazione del metabolismo energetico e della funzione antiossidante conservando la funzione di ostacolo all’effetto Warburg (processo metabolico caratteristico delle cellule cancerose che assumono glucosio a una velocità molto superiore e che utilizzano una frazione minore di quel glucosio per la produzione di energia, meccanismo simile a quello delle cellule fetali) regolando l’uptake del glucosio, la glicolisi e i livelli di radicali liberi centrati sull’O². Dato che metà dei tumori dell’uomo hanno mutazione p53 per nuovi approcci terapeutici sarebbe importante conoscere come modulare questi nuovi pathway piuttosto che tentare di regolare direttamente la funzione di p53.

Vedi anche Super-PTEN mice. Nature Genetics 2012;44:481. Commento di un articolo (di PP Pandolfi e coll. - Harvard: Systemic Elevation of PTEN Induces a Tumor-Suppressive Metabolic State. Cell 2012;149:49)(Spigolature Maggio 2012).

Dynamic Responses. Science 2012;336:1358. L’espressione dell’oncosoppressore p53 è attivato da stress, con una dinamica stress-dipendente che può essere intermittente o permanente. Nel lavoro che viene commentato (p53 Dynamics Control Cell Fate. Stesso fascicolo pg. 1440), l’attivazione pulsatile di p53 interessa geni di arresto del ciclo cellulare e della riparazione DNA consentendone la riparazione. Mentre l’attivazione permanente di p53 promuove geni della senescenza cellulare. Quindi la dinamica delle proteine condiziona il destino della cellula.

Data-driven unbiased curation of the TP53 tumor suppressor gene mutation database and validation by ultradeep sequencing of human tumors. PNAS 2012;109:551. Database delle mutazioni di p53 da analisi statistica di 34.453 mutazioni descritte e analisi dell’intero gene nei tumori umani usando NGS.

Vitamin K2 Is a Mitochondrial Electron Carrier That Rescues Pink1 Deficiency. Science 2012;366:1306. Come le conoscenze che derivano dallo studio di una malattia genetica possono favorire la comprensione dei meccanismi molecolari di una malattia neurodegenerativa comune come il Parkinson. Malattia comune oltre i 65 anni (1-2.5% della popolazione) ma che nel 4.5% dei casi è precoce e dovuta a mutazione di alcuni geni come il gene Parchina o da mutazione in omozigosi o in eterozigosi di un altro gene, Pink1 (pten-induced putative kinase 1; pink1)(OMIM *608309), che è una chinasi serina/treonina localizzata nei mitocondri, che causa una forma anch’essa precoce (PARK6). Viene studiato il pathway molecolare in cui è coinvolto Pink1. Di interessante il fatto che nella Drosofila mutata la disfunzione mitocondriale viene recuperata dalla vitamina K2 (il gene UBAIAD1 localizzato nei mitocondri trasforma vit. K1 in vit. K2) favorendo la normale produzione di ATP. Potrebbe essere una terapia per pazienti con malattia Parkinson da difetto Pink1 o di Parchina.

Restless Flies, Fragmented Sleep. Science 2012;336. La sindrome delle gambe senza riposo (RLS) è una malattia del sonno-veglia con una spiacevole sensazione di fastidio, soprattutto di notte, che porta a muoverle continuamente e a insonnia notturna e deprivazione cronica del sonno. In OMIM sono riportate sette diverse forme di Restless legs syndrome, susceptibility to, RLS 1-7 tutte con %. I geni di suscettibilità sono localizzati in 12q, 14q13-31, 9p24-22, 2q33, 20p13, 6p21, 2p14. In una forma, RLS6, è stato individuato un gene di suscettibilità, BTND9 in 6p21, la cui proteina è localizzata nel SNC e sembra che funzioni come adattatore della ubiquitina-proteina ligasi. Nella Drosofila è stato individuato un gene simile (Curr. Biol. 2012;22, 10.1016/j.cub.2012.04.027) e ne sono state analizzate le funzioni. La sua delezione comporta nell’insetto un continuo movimento con periodo totale di sonno normale ma molto frammentato. Esperimenti di knockout tissutale rivelano il ruolo nella patologia di neuroni dopaminergici. Il trattamento con antagonista dopaminico riduce i movimenti dell’insetto mutato. BTBD9 interessa i pathway di mobilizzazione del ferro interagendo con IRP-2 (RNA-binding protein che controlla il metabolismo cellulare del ferro).

Cancer and Telomeres-An ALTernative to Telomerase. Science 2012;336:1388. Perspective. Le cellule tumorali per crescere indefinitamente devono contrastare la perdita progressiva dei telomeri, e l’85-90% dei tumori usano la telomerasi che sintetizza ripetizioni esanucleotidiche in tandem 5’-TTAGGG-3’. La telomerasi non è espressa nella maggior parte delle cellule normali per cui è considerata un buon target oncologico e per questo sono in corso varie sperimentazioni cliniche anche se il 10-15% delle cellule tumori mancano di telomerasi e molte usano un sistema alternativo per allungare i telomeri (Alternative Lengthening of Telomeres (ALT). Viene presentato un aggiornamento sulla ricerca di ALT, sulle nuove conoscenze del relativo pathway e viene proposto come un ulteriore target per la terapia oncologica, non alternativo ma combinato, con la terapia con inibitori della telomerasi per la nota eterogeneità genetica tumorale e per il possibile instaurarsi di meccanismi di resistenza a quest’ultima terapia.

A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science 2012;366:1511. Alcune malattie neurodegenerative (Creutzfeldt-Jakob disease, Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease, and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) hanno alcuni elementi in comune: sono sporadiche in oltre l’80% dei casi e hanno un tempo di latenza di decenni, il che significa che qualche evento collegato con l’età che rende patogena la proteina specifica. L’ipotesi fatta dall’A. (vedi anche un articolo riportato tra gli articoli di interesse del Maggio 2012: The Spread of Neurodegenerative Disease. NEJM 2012;366:2126), è che un processo casuale di rinaturazione della specifica proteina in uno stato di malripiegamento proteico noto come prione, che se assume una forma aberrante è in grado di replicarsi e di forzare le altre proteine dello stesso tipo a assumere anch’esse una struttura anomala generando così la malattia. La natura “infettiva” degli aggregati proteici uomo-animale sostiene questa ipotesi. Queste conoscenze favoriranno la diagnosi presintomatica (PET per identificare le proteine prioniche) e la terapia multifarmaci per ridurre l’accumulo proteico, interferire con la trasformazione prionica e favorire l’eliminazione dei prioni.

Loss of functional GABAA receptors in the Alzheimer diseased brain. PNAS 2012;109:10071. Nella m. Alzheimer (AD) i sistemi di neurotrasmettitori colinergico e glutaminergico sono profondamente alterati, mentre è sempre stata considerata normale la trasmissione GABAergica, che è il più importante neurotrasmettitore inibitorio nel cervello con azione principalmente mediata dai recettori postsinaptici GABAA (GABAAR). Ma studi nei modelli animali e nell’encefalo prelevato a persone decedute con AD mettono in evidenza modificazione GABAergiche significative e età dipendenti. Nel lavoro continuano lo studio confermando che nell’encefalo di persone con AD il sistema di segnale GABAergico è profondamente alterato con modificazioni funzionali dei recettori postsinaptici GABAAR.

Gaucher disease gene GBA functions in immune regulation. PNAS 2012;109:10018. La m. Gaucher (OMIM #230800) è una malattia AR da mutazione del gene GBA (beta-glucosidasi acida) che codifica per un enzima, glucocerebrosidasi beta, con accumulo di glucosilceramide nelle cellule. Sono descritte 3 forme cliniche: tipo 1 con coinvolgimento dei visceri, scheletro e polmoni ma non neurologico, tipo 2 con anche coinvolgimento neurologico, tipo 3 con coinvolgimento neurologico subacuto. Nel lavoro viene dimostrata una complessa compromissione dell’immunità cellulare nel topo con delezione limitata alle cellule staminali ematopoietiche del gene GBA, soprattutto il timo. Questi risultati sottolineano un ruolo importante di GBA nella regolazione immunitaria e che la carenza dell’enzima determina una diffusa disregolazione del sistema immunitario tramite l’accumulo di substrati. Informazioni utili per la clinica e la terapia.

Arylsulfatase G inactivation causes loss of heparan sulfate 3-O-sulfatase activity and mucopolysaccharidosis in mice. PNAS 2012;109:10310. Deficit delle solfatasi lisosomiali causano un accumulo del relativo substrato che comporta un’alterata funzione lisosomiale e una successiva cascata di eventi extralisosomiali. Nella degradazione dei glicosaminoglicani (GAG o mucopolisaccaridi) intervengono diversi enzimi che quando carenti determinano un gruppo di malattie note come Mucopolisaccaridosi, dovute sinora a 11 diversi difetti genetici. Il catabolismo di un prodotto di degradazione, l’eparansolfato, è particolarmente complesso e non completamente noto e il suo accumulo causa una grave patologia neurologica. Nel lavoro, partendo dalla recente osservazione nel cane che una solfatasi lisosomiale, Arilsolfatasi G (ARSG) è associata a una forma adulta di ceroido-lipofuscinosi, si è verificato cosa succede nel topo knockout per il relativo gene. I topi hanno una normale crescita e aspetto e sono fertili, deficit cognitivo età dipendente e disturbi comportamentali. Vi è accumulo di eparansolfato nel SNC, fegato e reni. Particolarmnete interessato il SNC con accumuli lisosomiali (vacuoli), nei neuroni, nelle cellule della microglia, nelle cellule di Purkinje del cervelletto e nei macrofagli perivascolari e meningei; dopo i 10 mesi di vita è documentata perdita di c. Purkinje, morte neuronale e microgliosi e astrocitosi della corteccia cerebellare. Gli AA propongono che la carenza di questo enzima sia la causa di una specifica Mucopolisaccaridosi che propongo venga chiamata MPS IIIE (o malattia Sanfilippo E).

 Hereditary Systemic Amyloidosis. Due to Asp76Asn Variant β2-Microglobulin. NEJM 2012;366;2276. Descritta una famiglia con amiloidosi ereditaria AD con diarrea cronica progressiva dall’età di 30-40 anni, perdita di peso, sintomatologia autonomica e sindrome sicca (scarsa secrezione delle mucose congiuntivale, buccale e vaginale) e da depositi amiloidi diffusi con accumulo di una β2-microglobulina, ma con normali livelli ematici (a differenza della amiloidosi da dialisi), da mutazione missenso del gene della β2-microglobulina. Questa variante, come altre varianti amiloidogeniche, pur mantenenendo la struttura della proteina wild type, ha una dinamica funzionale tale da essere in grado di promuovere la fibrillogenesi.

Thrombosis from a Prothrombin Mutation Conveying Antithrombin Resistance. NEJM 2012;366:2390. La trombofilia ereditaria è dovuta a mutazioni di vari geni, ma in molti casi la ricerca della base genetica rimane senza successo. In una famiglia giapponese con più affetti da trombosi venosa profonda è stata trovata una mutazione missenso del gene Protrombina, non descritta, che segrega con la trombofilia. La proteina mutante ha una attività moderatamente più bassa rispetto alla proteina selvatica ma la formazione del complesso trombina-antitrombina è alterata. La mutazione determina un’acquisizione di funzione del gene protrombinico che è causa di resistenza alla antitrombina e quindi suscettibilità alla trombosi.

Genomics: The breast cancer landscape. Nature 2012;486;328. Whole-genome sequencing of breast cancers is exposing the scope of tumour diversity and helping to pinpoint avenues for precise diagnostics and targeted therapy. See Articles p.346 & p.353, Letters p.395, p.400 & p.405.

The genomic and transcriptomic architecture of 2,000 breast tumours reveals novel subgroups.

Integrative analysis of copy number and gene expression in 2,000 primary breast tumours with long-term clinical follow-up revealed putative cis-acting driver genes, novel subgroups and trans-acting aberration hotspots that modulate subgroup-specific gene networks.
Whole-genome analysis informs breast cancer response to aromatase inhibition OPEN. Whole-genome analysis of oestrogen-receptor-positive tumours in patients treated with aromatase inhibitors show that distinct phenotypes are associated with specific patterns of somatic mutations; however, most recurrent mutations are relatively infrequent so prospective clinical trials will require comprehensive sequencing and large study populations.
The clonal and mutational evolution spectrum of primary triple-negative breast cancers. Primary triple-negative breast cancers are shown to vary widely and continuously in the degree of clonal evolution and mutational content at the time of diagnosis, with implications for future studies of the disease.
The landscape of cancer genes and mutational processes in breast cancer. A study of breast cancers shows that the number of somatic mutations in each varies markedly and is strongly correlated with age at diagnosis and cancer histological grade.
Sequence analysis of mutations and translocations across breast cancer subtypes OPEN. This paper reports one of the largest breast cancer whole-exome and whole-genome sequencing efforts so far, identifying previously unknown recurrent mutations in CBFB, deletions of RUNX1 and recurrent MAGI1–AKT3 fusion; the fusion suggests that the use of ATP-competitive AKT inhibitors should be evaluated in clinical trials.

Melanoma pathway targeted. Nature 2012;486:160. A drug that targets the RAS signalling cascade — which is thought to drive tumour growth in 20% of cancers — improves survival in some patients with advanced melanoma.

Fisiologia
De-Meaning of Metabolism. Science 2012;336:1651. Implications of metabolic mechanisms in disease inspires reflection on the definition of metabolism. Che può essere così definito: the chemical processes that occur within a living organism in order to maintain life (Oxford Dictionary of English 2010) e che si sovrappone con la definizione della Biochimica solo che quest’ultima è statica mentre il metabolismo è dinamico. E’ importante per la medicina conoscere e definire il ruolo del metabolismo nelle malattie comuni, come nell’oncogenesi molecolare o nelle malattie con una differente sregolazione metabolica nelle cellule specializzate come gli adipociti, gli epatociti o i miociti.