Articoli di interesse Genetica Clinica/Umana Nov 2012. R. Tenconi

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

NGS: Are We There Yet? (vedi anche Diagnostic Exome Sequencing in Persons with Severe Intellectual Disability. NEJM 2012;367:1921 con commento Diagnostic Exome Sequencing — Are We There Yet? Pg. 1951)(Articoli interesse Ottobre 2012)

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Next-generation sequencing in the clinic: are we ready? Nature Reviews Genetics 2012;13:818.
Viewpoint. Premessa: abbiamo a disposizione tecniche di sequenza dell’intero genoma (intero o esoma) o di una serie di geni di interesse a costi abbordabili (e competitivi con gli esami medici diagnostici usuali – immagini, biochimici- e genetici per singolo gene, ndr), ma non ci sono infrastrutture pronte per aiutare i medici e i pz a usare i dati. Domande a 5 esperti se pensano che i dati clinici, per il potenziale impatto che hanno, vadano trattati in modo differente dagli altri dati medici e in quale campo vadano applicati a vantaggio dei pz. Lelsie Biesecker (Genetista clinico-molecolare): NGS clinico è diverso non per complessità ma perchè alcuni geni sono, come counseling, “landmines”(mine antiuomo)(come m. Huntington, Demenza fronto-temporale), quindi chi fa counseling deve essere di esperienza e ben preparato. Secondo: l’incidentaloma, ma fa notare argutamente che l’incidentaloma capita anche quando si fa un esame obiettivo, solo che per questo siamo più abituati. E il pz non è preparato a sentire cose diverse da quello che si aspetta. In conclusione chi interpreta e traduce deve essere preparato dal punto di vista delle tecniche, clinico, nel ragionamento bayesiano e in una miriade di altre cose (ma esiste uno così? ndr). Wylie Burke (Bioeticista): diverso per alcuni aspetti (incidentaloma) ma anche per le implicazioni per altri familiari, la necessità di un approfondito counseling pre-test (con possibilità di rischi per patologie senza cura). Isaac Kohane (Bioinformatico): come tutti i test clinici dà una misura probabilistica di certezza che uno specifico stato fisiopatologico sia (diagnosi)(bella definizione, ndr) o che sarà presente (prognosi). Ma la percezione che NGS clinico sia diverso dipende dai medici o dalle infrastrutture mediche, che a sua volta dipende dall’ignoranza dei medici nell’interpretare i dati e dal mancato aiuto informatico alla loro interpretazione (se capisco bene l’esperto informatico accusa i medici di non ragionare, fidandosi del proprio intuito e esperienza, nella prescrizione di test clinici in termini bayesiani, ricordo un articolo molto bello: Why clinicians are natural bayesians. BMJ 2005;330:1080, ndr). Ragionamento che invece va applicato per NGS clinico. Unico o quasi è l’aspetto della privacy e il rischio che venga violata. Sharon E. Plon (Genetista Medico): come tutti i test medici viene richiesto dal medico a cui arriva la risposta da comunicare al pz. Ma per i test genetici c’è la predittività, l’incidentaloma per i test tipo NGS, il coinvolgimento di altri membri della famiglia. Ron Zimmern (Medicina di comunità): NGS clinico è un test “con finale aperto” perché, come per l’es. cromosomico, Rx e altre immagini e l’esame obiettivo (come Biesecker), può rivelare più di quello che il richiedente cerca o desidera. Anche gli altri test possono dire qualcosa della salute dei consanguinei (rischio di cancro ad es.). Altra domanda: in che modo i dati NGS clinico vanno comunicati e chi decide cosa dire? Va offerta ai pz la scelta di quali geni-malattia sequenziare? Non posso riportare tutto ma ancora l’arguzie di L. Biesecker sì: dice “quando ho chiesto ai pz cosa vogliono sapere loro rispondono “tutto!”. Ma, per esperienza, dopo 20-40 minuti di counseling sul risultato di un singolo gene il pz è saturato, non può assorbire altro. “We therefore need to develop an empirical research base on which to determine which results can be returned by which modes for which patients”. Altra domanda: cosa dobbiamo fare o quale struttura preparare per rendere utile al pz tale test? Sempre  L. Biesecker dice che “we cannot justify the cost because we have not yet demonstrated the utility, and we can­not demonstrate the utility until we have the infrastructure”.  E allora? Facciamo le cose più semplici e più facili: pz con malattie non caratterizzate possibilmente mendeliane con un’esperienza di “odissea diagnostica”, che talora dura tutta la vita. Con l’esperienza ci prepariamo una metodologia (esperienza clinica, informatica, medico-legale) per diagnosi di malattie più comuni. Guardiamo al bicchiere-mezzo-pieno e non al bicchiere-mezzo-vuoto (limitazioni, paure, calamità etiche ecc.)(considerazione saggia, ndr). Ultima domanda: NGS clinico sarà un esame di routine e risponderà ai quesiti dei pz e quale è ora il punto cruciale? LB: le maggiori difficoltà, dice, sono quelle che abbiamo avuto con i medici curanti che in alcuni casi hanno dimostrato irritazione o addirittura rabbia nel sapere che un loro pz era a es. a rischio di cancro quando questo non era il motivo del test e non c’erano precedenti familiari. E conclude: “the busy primary care physician has a hard time fitting this into their practice paradigm, and they are going to need a lot of support, guidance and (to be honest) remuneration to convince them to do this work”.
Leggetevi tutto, bellissimo.

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Rapid whole-genome sequencing for genetic-disease diagnosis in neonatal intensive care units. Sci. Transl. Med. 2012 Oct 3;4(154):154ra135. Commento di un articolo (di cui non ho il testo completo ma solo l’abstract) su un argomento molto interessante: applicazione di whole-genome sequencing di rapida esecuzione (50 ore, riducendo i tempi di sequenziamento e automatizzando l’analisi bioinformatica ) in reparto di terapia intensiva neonatale per la diagnosi differenziale di malattie mendeliane, causa di rilevante morbilità e mortalità in questi reparti. La metodologia sembra applicabile e efficace: retrospettivamente è stata confermata la diagnosi molecolare in due neonati (denominatore? ndr) e prospetticamente (denominatore? ndr) è stata suggerita la diagnosi di grave patologia cutanea correlata a GJB2 (connessina 26), di sindrome letale neonatale con rigidità convulsioni multifocali (MIM #614498) e di una nuova forma di Eterotassia viscerale recessiva (MIM #614779) da mutazione di BCL9L (b-cell cll/lymphoma 9-like). L’anticipazione della diagnosi è fondamentale per la consulenza genetica, per la prognosi e per l’applicazione adeguata e per la programmazione della terapia. Eccellente (ho fatto il consulente genetista per molti anni in un reparto di terapia intensiva neonatale e devo dire che il successo diagnostico in epoca neonatale era molto basso, forse per demerito mio – non è captatio benevolentiae - ma anche per le tecniche genetiche a disposizione, ndr).

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Knocking on the clinic door. Nature Biotechnology 2012;30:1009. Editoriale che presenta con 4 review lo stato dell’arte del sequenziamento high-throughput nella ricerca medica. Vi sono ancora difficoltà a applicarlo nella pratica clinica per questioni tecniche e di qualità, ma sta bussando alla porta dei nostri ambulatori o reparti. L’editoriale elenca una serie impressionante di difficoltà (logistiche, puramente tecniche, come il tasso dei falsi negativi e falsi positivi, accettabile per la ricerca ma non per la clinica, specialisti che sappiano interpretare, aspetti etici, consenso informato, copertura legale). La conclusione dell’editoriale: “apart from applications in cancer diagnosis and therapy, the major immediate clinical benefit from sequencing will not arise from personal genomes, but from an increased rate of disease-gene discovery, particularly in undiagnosed patients with putative monogenic disorders”. E infine una considerazione (ben condivisibile, ndr) sull’intelligenza di chi paga (assicurazioni), che devono capire che queste tecniche, che costano come l’analisi di una manciata di geni, sono più convenienti perché fanno risparmiare (quanti esami inutili, genetici o non genetici, si fanno nel tentativo di capire o arrivare alla causa?) e anche perché il valore di una risposta genomica cresce perché vengono continuamente scoperte nuove varianti significative per la salute. Ottimo.

The expanding scope of DNA sequencing. Nature Biotechnology 2012;30:1084. Review sull’applicazione delle tecnologie di nuova generazione non solo per l’analisi genetica delle malattie umane ma anche per l’analisi di altri organismi (vedi es. in microbiologia)(precedenti Spigolature) e per gli studi di biologia cellulare a costi incredibilmente bassi. Bella la Tab. 2 con i costi per Mb (da < 0.10 a > 1  $), la lunghezza dei read (da < 200 a > 1.000 pb), i tempi di risposta (da < 1 giorno a 3 mesi) e il costo delle attrezzature dei vari sistemi (da 100,000 a 700.000 $)(come al supermercato, c’è da scegliere in base alle proprie disponibilità, esigenze e applicazioni, ndr). E tanto altro. La Review termina così: “In this Review, we attempted to develop a conceptual framework to describe this panoply of scientific applications as well as the underlying technical protocols that make them possible”.

Interpreting noncoding genetic variation in complex traits and human disease. Pg 1095.

Mapping recently identified nucleotide variants in the genome and transcriptome. Pg 1107.
Pharmacogenomics in clinical practice and drug development. Pg 1117

The implications of ENCODE for diagnostics. Nature Biotechnology 2012;30:1064 e Uniting ENCODE with genome-wide proteomics (pg 1065) sottolineano il ruolo di Encode nell’avere favorito la comprensione della funzione del DNA non codificante migliorando la qualità dei test diagnostici e del controllo della formazione delle isoforme proteiche (vedi anche serie di articoli nelle Spigolature Settembre 2012).

Europe plays catch-up on neonatal screening as US skips ahead. Nature Medicine 2012;11:1596. Un po’ di storia. Nel 1960 Guthrie ha inventato il modo di raccogliere sangue su carta bibula da spedire al lab. per lo screening neonatale della Fenichetonuria. Poi i test sono cresciuti (ora sono 29 le malattie sottoposte a screening in USA), e addirittura in qualche caso le gocce di sangue sono state usate anni dopo per analisi genetiche a posteriori o per analisi epidemiologiche. Recentemente per problemi di privacy e di consenso informato in USA c’è stata una campagna per la distruzione di tale banca genetica (vedi Archived blood spots could be epigenetic jackpot. Nature 2012 22 August)(Spigolature Agosto 2012)(Minnesota starts to destroy stored blood spots. Nature News 2012; doi:10.1038/nature.2012.9971. Minnesota Discards Newborn Blood Records Science 2012;335:641 e There will be blood. Nature 2011;475:139 e A spot of trouble. Nature 2011;475:156)(commentate nelle Spigolature 3/2011 e Febbraio 2012). Nel Settembre 2012 American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) ha sviluppato un database virtuale centralizzato consultabile in web sui campioni di sangue per screening neonatale conservati presso i vari centri USA, che possono essere utilizzati da ricercatori richiedendo il consenso al relativo stato (NBSTRN Unveils New, First-of-its-Kind Virtual Repository For Newborn Screening Researchers: New System Will Save Lives and Improve Newborn Testing

http://www.acmg.net/AM/Template.cfm?Section=Home3&Template=/CM/HTMLDisplay.cfm&ContentID=7277).
Questo ha stimolato i vari centri europei, che si troveranno a Bruxelles il 19 Novembre 2012, a tentare di rendere uniforme lo screening neonatale (la nota cita il minuscolo Belgio in cui lo screening è diverso da regione a regione), non per centralizzare a Bruxelles i campioni ma per armonizzare le metodologie.
Ma le cose stanno evolvendo rapidamente con il suggerimento di sottoporre a screening l’intero genoma (vedi articolo sopra).

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Range of genetic mutations associated with severe non-syndromic sporadic intellectual disability: an exome sequencing study. Lancet 2012;380:1664. Studiati 51 pz (32 femmine) con deficit intellettivo (QI <60) non specifico e sporadico, con peso, statura e cc normali nella mx parte dei casi, in 17 epilessia, in 15 segni di autismo, alla RM cerebrale segni minimi (cisti, atrofia lieve, ritardo mielinizzazione). Analisi esonica per identificare varianti de novo e confrontarle con il gruppo di controllo (20 trios partecipanti a uno studio sul Diabete). Più frequente il numero divarianti de novo nei casi (88 vs 77%) con perdita di funzione (20/51 vs 2/20; p=0·022). Sedici pz/51 hanno mutazioni de novo in geni associati a DI, con tre geni ripetutamente mutati (STXBP1, SYNGAP1, and SCN2A) e almeno 6 mutazioni con perdita di funzione di 6 nuovi geni che si ritiene siano responsabili della condizione. Sono state identificate numerose missenso potenzialmente patogene. Il contributo recessivo o XL sembra minimo. In sintesi trovata mutazione patogena o ritenuta tale nel 45-55% (se si considerano solo geni sicuri causa di DI tale proporzione è del 31%) dei pz con notevole eterogeneità di locus. Dati che confermano il rischio di ricorrenza empirico per DI non sindromico basso (8.4%) anche per i maschi in cui empiricamente si dà un rischio empirico di trasmissione XL recessiva del 10-12%. E anche per il fenotipo c’è eterogeneità, nel senso che mutazioni dello stesso gene hanno uno spettro fenotipico molto più ampio di quanto pensato (lo sapevamo, ndr): es. mutazione di SCN2A causano encefalopatia epilettica infantile (MIM  #613721), ma nessuno dei 3 pz trovati nello studio ha avuto epilessia (questo vuol dire che la classificazione fenotipica ha molti limiti e che l’analisi esonica è la tecnica da applicare nei casi con fenotipo non caratteristico, anche questo lo intuivamo, ndr).

An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes. Nature 2012;491:56. Il consorzio 1000 Genomes Project pubblica i risultati di un’analisi di varianti genetiche ottenute mediante sequenziamento esonico, sequenziamento a bassa copertura dell’intero genoma e genotipizzazione SNP a alta densità di 1092 persone di 14 diverse popolazioni. Come atteso le diverse popolazioni differiscono per varianti comuni e rare, con particolare differenziazione geografica per quelle a bassa frequenza.

(vedi anche Human Genetic Variation, Shared and Private. Science 2012;337:39. Perspective che commenta due articoli sullo stesso fascicolo (Human Genetic Variation, Shared and Private. Pg 39 e An Abundance of Rare Functional Variants in 202 Drug Target Genes Sequenced in 14,002 People. Pg 100)(Articoli di interesse, Luglio 2012).

One-stop shop for disease genes. Nature 2012;491:171. Sottotitolo: NIH database integrates data from clinical genetic testing labs and literature. Inizio: quando ci troviamo difronte a variante DNA mai vista  interpelliamo prima almeno 10 database per verificare se sia associata a qualche malattia e poi, se non troviamo, chiediamo a database di altri colleghi. Ma il ClinVar di NIH annunciato ora non solo ci semplificherà la vita ma ci permetterà di fare qualcosa di più sofisticato. Sono integrati decine di database di varianti di lab. diversi con più di 30.000 varianti già catalogate.

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SnapShot: Telomeres and Telomerase. Cell 2012;151:1138. Bellissima “istantanea” dei telomeri e delle telomerase, con disegni e definizioni. Magnifica.

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MED12 mutations link intellectual disability syndromes with dysregulated GLI3-dependent Sonic

Hedgehog signaling MED12 mutations link intellectual disability syndromes with dysregulated GLI3-dependent Sonic Hedgehog signaling. PNAS 2012;109:19673. Il deficit intellettivo X-linked (XLID) interessa l’1-2 per mille maschi e costituisce la causa di circa il 10% di tutte le cause di DI. Un terzo dei XLID sono sindromici (sono circa 140 le diverse condizioni di cui la metà attribuibile a mutazione di uno specifico gene) e di queste non ne sono noti i meccanismi patogenetici. Vi sono due condizioni sindromiche alleliche, con discreta sovrapposizione fenotipica e mutazioni speifiche, caratterizzata da agenesia/disgenesia del corpo calloso, macrocefalia, dismorfismo cranio-facciale, convulsione e disturbi comportamentali: sindrome FG1 (Opitz-Kaveggia)(MIM #304450) e sindrome Lujan-Fryns (MIM #309520). Sono causate di differenti mutazioni di MED12. Il fenotipo è anche in parte sovrapponibile con quello di altre sindromi genetiche come la Cefalopolisindattilia di Greig (GCPS)(MIM #175700) e la s. Pallister-Hall (PHS)(MIM #146510, anch’esse alleliche e con fenotipo mutazione dipendente del gene GLI3, che è un effettore di segnale di Sonic Hedgehog (SHH) e funzionalmente correlate con MED12.

Nel lavoro (linee linfoblastoidi di pz con s. FG1 e con s. LF) si cerca di interpretare i meccanismi molecolari responsabili del fenotipo provando che le mutazioni responsabili della s. Opitz-Kaveggia e della sindrome Lujan-Fryns sregolano il segnale SHH dipendente da GLI3 e indirizzano verso un comune meccanismo patogenetico delle anomalie multiorgano, incluso il SNC, per l’interessamento di un comune pathway di segnale, ma con differenze fenotipiche gene e mutazioni specifiche.

Daddy Issues: Paternal Effects on Phenotype. Cell 2012;151:702. Come dice il breve riassunto la vecchia tradizione popolare che parlava della possibilità, considerata eretica, che l’ambiente in cui sono vissuti gli antenati possa influire sul fenotipo delle generazioni successive sta tornando di moda da quando si cominciano a capire i meccanismi dell’eredità epigenetica. Ora si sta discutendo di come i genitori possano trasferire informazioni ai figli dell’ambiente in cui sono vissuti e di come sotto certi regimi ambientali queste informazioni che sono state trasmesse possano favorire l’adattamento all’ambiente stesso (eredità lamarckiana)(vedi anche Rocking the foundations of molecular genetics. PNAS 2012;109:16400)(Articoli interesse Ottobre 2012). In questo articolo vengono considerati principalmente gli effetti paterni. L’A di questo complesso articolo distingue l’eredità epigenetica dei casi “programmati” (malattie da difetti di imprinting) dalla “epivariazione” in cui soggetti geneticamente uguali hanno una varietà di fenotipi ereditabili ma non dovuti a variazioni di sequenze di DNA. In via sperimentale sono osservabili due effetti ancestrali, quelli in cui il genotipo ancestrale condiziona il fenotipo nei figli, come un animale Hz mutante che ha figli con alleli selvatici e con fenotipo anomalo, o figlie geneticamente uguali di topi maschi con diversa lunghezza del cromosoma Y che differiscono per alcuni caratteri come il livello lipidico o disturbi comportamentali. E quelli in cui l’ambiente ancestrale (la dieta e lo stress o tossine) modifica il fenotipo dei figli non esposti a quell’ambiente. Ad es. l’iniezione di alte dosi di un interferente (disruptor) endocrino, vinclozolin (antifungino),  nella gravida di ratto produce 3 o 4 generazioni di figli con aumentata apoptosi testicolare e disturbi comportamentali per via maschile. O il noto “esperimento” prodotto dall’uomo dell’effetto sui prodotti del concepimento e sulle generazioni successive della fame subita da un’intera popolazione olandese nell’inverno 1944-45, con patologie come diabete, malattie cardio-vascolari e obesità in età adulta. Altri studi dimostrano che queste patologie si manifestano anche se a soffrire la fame è la generazione dei nonni, con un curioso effetto sesso specifico (le restrizioni dietetiche dei nonni non delle nonne per i nipoti maschi, e delle nonne e non dei nonni per le nipoti femmine). Lo stesso nel topo. Particolare attenzione viene posta per la trasmissione via paterna per la quale, a differenza della femmina che mantiene uno stretto contatto pre-  e postnatale la prole che ne può condizionare ad es. lo sviluppo cerebrale, poche teorie possono essere  proposte: l’epigenoma dello sperma? (come diceva l’articolo su PNAS su citato: La memoria epigenetica è legata alla metilazione del DNA e alle modificazioni istoniche che in genere vengono annullate nelle cellule germinali, ma non completamente, e anche cotrasmessa da ncRNA). Sempre in questo lavoro veniva sottolineato che la “missing heritability” delle malattie complesse può essere dovuta, oltre a altre cause come l’effetto epistatico, proprio alla eredità intergenerazionale epigenetica non valutabile dall’analisi del DNA. Nei prossimi anni la ricerca chiarirà questi aspetti di eredità transgenerazionale di fenotipi epivariabili.

Older males beget more mutations. News & Views. Nature Genetics 2012;44:1174. Il numero di nuovi alleli che sono introdotti in ogni generazione sono in buona parte sostituzione di base (1:100 milioni di basi) e di slittamento di replicazione di sequenze ripetute che hanno una frequenza maggiore di 4-5 volte. Tre diversi articoli usando tecniche diverse calcolano la frequenza di mutazioni di sequenza germinali (Campbell, C.D. Nat. Genet. 2012;44:1277; Kong, A. Nature 2012;488:471; Sun, J.X.  Nat. Genet. 2012;44:1161). L’articolo su Nature è stato già commentato (Articoli Agosto 2012) e riguarda uno studio di NGS sugli islandesi, un secondo riguarda ancora gli islandesi e il terzo gli Utteriti (un isolato genetico e religioso del Nord America). Mentre il tasso di mutazione ottenuta nei tre studi è circa la metà di quello ritenuto sinora, viene invece confermato che la linea germinale maschile è più soggetta a mutazioni rispetto alla femminile e che il tasso di mutazioni cresce con l’età paterna (ipotesi: turnover delle cellule staminali spermatogoniali nel maschio mentre la femmina ha un numero di replicazioni fissato alla nascita). Per le mutazioni da slittamento di replicazione si documenta in uno studio anche un incremento di oltre 3 volte nella linea germinale maschile. Interessante il paragone che viene fatto sulla stimabile prevalenza neonatale di difetti di sviluppo nella prole dovuti a mutazioni correlate all’età materna (trisomie) e a mutazioni de novo da sostituzione di base di origine paterna (perdita di funzione o aploinsufficienza): l’impatto sulla prole è quantitativamente simile, ma se si considerano i tassi mutazionali paterni più alti l’effetto paterno risulta significativamente più alto. Con l’incremento in atto dell’età dei genitori nei paesi sviluppati, suggerisce l’A, andrebbe favorita nella popolazione la conoscenza dei rischi connessi con l’avanzata età paterna e forse uno screening prenatale (credo con NGS, ndr).

AUTISMO

Mice and men show the way. Translational Medicine. Nature 2012;491:196. Commenti di due lavori (Henderson, C. Sci. Transl. Med. 2012;4:152ra128 e Berry-Kravis, E. M. Sci. Transl. Med.2012; 4, 152ra127). Topi  knockout Fmr1, 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, con effetto anche quando il fenotipo è già presente (Reversing the fragile X phenotype. Research highlights. Nature Reviews Neuroscience doi:10.1038/nrn3255)(Articoli di interesse Giugno 2012). Nel topo KO la somministrazione di Arbaclofen, antagonista GABA-recettore che regola negativamente il pathway mGluR5, porta a livelli normali la sintesi proteica e corregge le caratteristiche anomalie dendritiche (aspetto analogo è presente anche nell’uomo con FragileX). Buoni effetti si sono ottenuti in una sperimentazione clinica (Fase 2) nell’uomo (63 pz di età 6–39 anni) soprattutto per i segni di autismo. Questa è la prima vera applicazione di una terapia molecolare nell’autismo, in cui i farmaci sinora provati, peraltro con poco successo, erano farmaci che servivano per condizioni simili. Individuare una terapia molecolare vuol dire poterla applicare a pz che condividono con la s. Fragile X le anomalie di pathway (FragileX-like).

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Outlook Autism (Eccellente, ndr)
Una serie di articoli che coprono vari aspetti medico-sociali, come storia e come risultati della ricerca. La presentazione dell’Editore del Supplemento (con la collaborazione di SARI.org- Simons Foundation of Autism Research initiative: http://sfari.org/)(vedetevi il sito, molto bello) presenta gli articoli introducendo così l’argomento: “Imagine you wake up one day and all the familiar signals of human communication are unintelligible. A smile no longer expresses mirth or happiness, a raised voice no longer reflects excitement or anger. You can exchange words with other people, but you’re talking through a heavy curtain of uncertainty”.
Epidemiology: Complex disorder. Nature 2012;491:S2. Sottotitolo:  Researchers are digging into the myriad causes of autism to refine its definition and find elusive biological signatures. Guardando l’aumento di prevalenza (negli anni ’90 era stimata in 1: 2.500 persone, ora è di 1:88) ci si chiede cosa sia cambiato, anche perché ha un’importante componenete genetica (la concordanza dei gemelli MZ e di > 70%), sicuramente c’è ora una maggior probabilità di accertamento anche perché il quadro clinico è stato modificato (il pediatra svizzero Eugen Bleuler che ha coniato il termine nel 1911 –“self-absorbed adults with schizophrenia”, 1943, 1944, 1967, 1980, 1992, 1994, 2013)(vedetevi tutte le definizioni) ma ora la diagnosi include non solo deficit di socializzazione ma anche comportamenti ripetitivi, problemi motori, iperattività, convulsioni e dismorfismi facciali). Ma ci sono probabilmente altri fattori quali  condizioni socio-ambientali (età paterna aumentata- vedi sopra, infezioni e batteri intestinali, esposizione a farmaci in epoca prenatale (antidepressivi). Interessante il grafico che rappresenta la crescita esponenziale a partire dal 1992 della prevalenza dell’autismo, del numero di pubblicazioni scientifiche (da 250-300 nel 1992 a 2.500 nel 2008) e dei fondi di ricerca che sono cresciuti in USA dell’84% dal 2008 al 2010 (nel 2010: 50.8 M DUSA per fattori di rischio genetici, gene-ambiente 20.5 M, ambiente 4.4 M, epigenetica 5.5 M ecc.).  

Genetics: Searching for answers. Nature 2012;491:S4. Sottotitolo: “Solving the riddle of autism genetics will require looking beyond the growing list of candidate genes to epigenetics and personalized medicine”. Sono stati studiati e condivisi con molti lab di tutto il mondo con test genetici almeno 3.000 soggetti il cui DNA e quello dei loro genitori è custodito in alcune sedi, senza risultati conclusivi. Ma ora sono in corso nuove strategie che integrano studi dei geni con quelli delle proteine e dell’epigenoma. La base genetica è indubbia (concordanza gemelli MZ, età paterna significativamente aumentata). Gli studi GWAS sono stati poco significativi, almeno per le varianti comuni, ma la storia del gene della Moesina e del ncRNA localizzato in un regione indicata dall’analisi linkage sottolinea che i dati ottenuti vadano rivisti e cha va rivista la ricerca solo dei geni che codificano proteine (vedi Articoli interesse del Giugno 2012: A noncoding RNA antisense to moesin at 5p14.1 in autism. Science Translational Medicine 2012;4:128ra40). NGS in più di 1,000 pz con autismo ha prodotto quello che era attendibile: 1,000 geni correlati. Ma argutamente l’A fa notare che “Finding the genetic variations is one mission; understanding what they mean is another”. Più promettente sembra essere lo studio dell’espressione genica e dei pathway di cui fanno parte (AJHG 2012; 91, 38). Sono stati individuati 11 geni (tra cui SHANK, RAI1, MECP2, FOXP2, CACNA1H, nCACNA1Hoti per essere geni di malattie che sappiamo essere associati a autismo). Per le alterazioni epigenetiche dobbiamo attendere i risultati. Capire è curare, per ora l’unica condizione con autismo suscettibile di cura è una malattia metabolica da mutazione del gene BCKDK (vedi Selezione articoli interesse Settembre 2012).

Diagnosis: Redefining autism. Nature 2012;491:S12.  Sottotitolo: “Draft diagnostic guidelines are raising concerns that mild forms of the disorder may no longer be recognized”. Molto sinteticamente: il nuovo manuale di diagnosi del RM (chiamato ancora così) che vedrà la luce nel Maggio 2013 (Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorder -DSM-5),cambierà molto la definizione del manuale esistente DSM-4, cancellando l’attuale insieme di deficit che sono del comportamento sociale, del linguaggio e del comportamento ripetitivo o restrittivo, lasciandone solo due: difficoltà di comunicazione sociale e comportamento ripetitivo o restrittivo. Mentre DSM-4 riconosce varie patologie ritenute distinte, come l’autismo classico, la s. Asperger, il Disordine Pervasivo dello Sviluppo NOS, il DSM-5 mette tutto sotto Autismo. Questo significa che alcuni soggetti con s. Asperger o  DPP-NOS non verranno più diagnosticati come affetti da Autismo, questo per loro potrebbe sembrare poco significativo, ma va considerato che oltre alla diagnosi perderebbero i servizi di supporto previsti per chi ha l’Autismo. La diatriba viene così commentata da chi ha collaborato a DSM-4: “Ultimately, it’s not a point for opinion — it’s a point for data”. Nuovi studi quindi.

Culture: Diverse diagnostics. Nature 2012;385:S18. Sottotitolo: “The study of autism around the globe must account for a variety of behavioural norms in different societies”. Nelle aree rurali del Sud Africa I bambini guardano il viso degli adulti quando parlano con loro, ma non hanno contatto visivo diretto perché è considerato irrispettoso e da noi il contatto visivo è il segno diagnostico. E così come indicare una cosa con il dito o parlare da pari a pari con gli adulti. In altre parole altre culture rispetto alla nostra hanno, sul comportamento dei bambini, considerazioni diverse. E questo pone problemi diagnostici applicando DSM-4 (5). Ci sono (c’erano) sostenitori che l’autismo è intrinsecamente legato alla modernità e alla cultura occidentale, altri che sostengono che è un  disturbo neurobiologico che quindi è in tutte le popolazioni. La sintesi (molto bella, ndr) potrebbe essere: “While autism itself, the neuropathology of it, may not be culturally determined, our interpretation of those behaviours and our response to those behaviours is” (CHOP University). Ma per chi sa vedere ci sono segni comuni e precoci, in USA e in Sud Africa: “rather than pointing or looking together at an object, children with autism in the United States may communicate by taking an adult’s hand and moving it to the object. That’s an early sign of autism, and we see that [in South Africa] as well” (ora ricordo molto bene questo gesto in qualche bambino, gesto che non avevo mai adeguatamente considerato, ndr). Molto bello.

Neurodevelopmental Disorders. Fragile signaling. Nature Review Neuroscience 2012 November. Commento di un articolo (Uncoupling of the endocannabinoid signalling complex in a mouse model of fragile X syndrome. Nature Communications 3:1080, DOI: 10.1038). La s. Fragile X è dovuta alla mancanza della proteina FMPR. Nel lavoro usando topi senza questa proteina (FMRP-nullo) si dimostra che in questi manca una forma di mGluR5 (recettore metabiotropico per il glutammato) correlato con la depressione di lungo termine nello striato ventrale e nella corteccia prefrontale (vedi anche Reversing the fragile X phenotype. Research highlights. Nature Reviews Neuroscience doi:10.1038/nrn3255 e Chronic pharmacological mGlu5 inhibition corrects fragile X in adult mice. Neuron 2012;74:49)(Selezione articoli Giugno 2012). In questi topi è alterato il complesso macromolecolare che lega mGluR5 a endocannabinoide 2-arachidonoilglicerolo (2-AG) con compromissione della formazione di glutammato metabiotropico 5-dipendente. La stimolazione del segnale 2-AG normalizza alcuni difetti comportamentali del topo FMPR-nullo indicando che questo complesso potrebbe essere un buon candidato per la terapia della patologia comportamentale della s. Fragile X.

Mutations in ADAR1 cause Aicardi-Goutières syndrome associated with a type I interferon signature. Nature Genetics 2012;44:1243. La s. Aicardi- Goutières (MIM #225750)(AGS) una malattia genetica autoimmune che colpisce soprattutto l’encefalo e la cute causando un fenotipo simile a quello di un’infezione contratta in utero con alti livelli di citochine interferone α (IFN-α). Si conoscono più geni malattia: della AGS1 il gene della DNA esochinasi TREX1, AGS2, 3 e 4 i geni del complesso endonucleasico RNasi H2 (RNASEH2B, RNASEH2C, RNASEH2A) e AGS5 il gene deossinucleoside trifosfato trifosfoidrolasi SAMHD1 (AGS5). La trasmissione è AR con rari casi de novo da mutazione TREX1. Lo stimolo alla risposta autoimmunitaria sembra dovuto a una sopraregolazione di geni regolati da interferone). L’analisi esonica di 4 pz con AGS negativi ai geni noti ha consentito di identificare un nuovo gene-malattia (ADAR1); l’analisi genetica è stata estesa a altri pz (totale 12 pz di 8 famiglie). Viene quindi confermato il ruolo di questo gene nella AGS. Il prodotto di questo nuovo gene è un enzima che catalizza la deaminazione della adenosina  a inosina nel RNA a doppio filamento suggerendone un ruolo nel limitare l’accumulo nel citoplasma di RNA da sequenze genomiche ripetute.

Mutations in the TGF-β repressor SKI cause Shprintzen-Goldberg syndrome with aortic aneurysm. Nature Genetics 2012;44:1249 (H. Dietz tra gli AA). La s. SGS è una malattia sistemica del connettivo da causa non nota che ha un fenotipo in comune con la s. Marfan e la sindrome Loeys-Dietz, incluso l’aneurisma aortico (anche se meno frequente, generalmente limitato alla radice aortica e meno grave), con in più una grave ipotonia muscolare e deficit intellettivo. Partendo da un solo pz (vedi in questa stessa selezione di articoli quanto dice Leslie Biesecker in “Next-generation sequencing in the clinic: are we ready? Nature Reviews Genetics 2012;13:818”: esoma anche di un solo pz!) mediante l’analisi esonica è stata individuata una missenso de novo in eterozigosi in un gene (SKI) altamente candidato perché coinvolto nel pathway di segnale TGF-β. L’analisi di altri 11 casi sporadici ha consentito di confermare (in 9 su 11) il ruolo di questo gene nella SGS. Le mutazioni sono quasi in tutti missenso (n. 9) o da delezione (n. 1) di alcuni nucleotidi in un tratto altamente conservato. SKI codifica un noto repressore dell’attività TGF-β sottolineando il meccanismo patogenetico caratteristico di queste sindromi (MS, LDS) rappresentato dall’aumento di segnale TGF-β (documentato nei fibroblasti dei pz con SGS).

Getting a fix on SMA. Nature Genetics 2012;18:1605. Commento di un articolo sulla terapia della atrofia muscolare spinale (SMA)(vedi Articoli Ottobre 2012)(A Circuit Mechanism for Neurodegeneration. Cell 2012;151:250)(SMN Is Required for Sensory-Motor Circuit Function in Drosophila. Stesso fascicolo, pg 427)(An SMN-Dependent U12 Splicing Event Essential for Motor Circuit Function. Stesso fascicolo, pg. 440). La SMA (1:30.000 nati), malattia neuromuscolare da degenerazione dei motoneuroni alfa del midollo spinale che determina una progressiva debolezza muscolare simmetrica prossimale e paralisi. La forma classica è AR e è dovuta a mutazione del gene Survival of Motor Neuron (SMN). La proteina SMN1 è coinvolta nella biogenesi di piccole ribonucleoproteine nucleari (snRNP) e la mancanza di tale proteina colpisce in modo rilevante lo splicing RNA. La perdita completa di SMN1 è letale, ma la presenza nei tessuti anche in piccole quantità della proteina SMN2 (codificata da un gene vicino) assicura la normale funzione con degenerazione limitata ai motoneuroni. Come si può curare? “Take the SMN2 gene and make it work better” oppure “Why not re-introduce fully functioning copies of SMN1”. Nel modello SMA di topo (Nat. Biotechnol. 2010;28: 271), usando come vettore un adenovirus, sono state introdotte copie extra di sequenza per la proteina umana SMN. Migliora non solo la sopravvivenza ma anche la funzione motoria. Ci sono state conferme (J. Clin. Invest. 2010;120:1253;  Hum. Mol.Genet. 2011;20: 681) anche in altri mammiferi (maiale e macaco rhesus) (Mol. Ther. 2011;19:1971). Sta iniziando (2013) la sperimentazione clinica in bambini da o a 6 mesi con SMA 1.

Alterations of the CIB2 calcium- and integrin-binding protein cause Usher syndrome type 1J and nonsyndromic deafness DFNB48. Nature Genetics 2012;44:1265. Dopo aver localizzato in 15q23-25 il gene della s. Usher tipo 1 (USH1H) in due famiglie e una sordità AR non sindromica (ARNSHI)(DFNB48) in 57 famiglie viene ora identificato in queste ultime famiglie di origine pachistana il gene mutato (CIB2) in omozigosi, causa principale quindi ARNHI in questa popolazione.  Il gene è distale al locus USH1H identificato mediante linkage, e la ricerca di mutazione in una famiglia USH1H ha identificato la mutazione del gene CIB2 (USH1J), risultato però negativo in un’altra famiglia HSH1H. Quindi USH1J e DFNB48 sono allelici. Una mutazione CIB2 è prevalente nei pachistani con DFNB48 mentre altre mutazioni di CIB2 sono causa di sordità in altre popolazioni. Cib2 nella Drosofila svolge un ruolo essenziale nella funzione e nel mantenimento dei fotorecettori e ha un ruolo nella omeostasi del calcio. E’ quindi un nuovo membro dell’interattoma Usher.

A mouse model for human deafness DFNB22 reveals that hearing impairment is due to a loss of inner hair cell stimulation. PNAS 2012;109:19351. DFNB22 è una sordità neurosensoriale prelinguale non sindromica AR da mutazioni in omozigosi del gene OTOA, che codifica la otoancorina (MIM #607039), espressa sulla superficie della lamina spirale della coclea. Per conoscere quale sia il meccanismo patogenetico della mutazione del gene OTOA si è inattivato nel topo la otoancorina e si è osservato che la principale causa della sordità è dovuta alla mancanza di eccitazione delle cellule ciliate interne e non a perdita di amplificazione cocleare. 

A sirtuin link between metabolism and heart disease. Nature Medicine 2012;18:1617. Le sirtuine sonouna famiglia di istone deacetilasi (HDAC) classe III che catalizzano la deacetilazione di lisine istoniche e non istoniche e che hanno un ruolo nella risposta a restrizioni caloriche e alla regolazione dell’invecchiamento e nella sopravvivenza. Nel commento del lavoro  (The sirtuin SIRT6 blocks IGF-Akt signaling and development of cardiac hypertrophy by targeting c-Jun. Nature Medicine 2012;18:1643)  viene provato il nuovo legame tra Sirtuina 6 e il pathway di segnale IGF-Akt e il suo coinvolgimento nello sviluppo della cardiomiopatia ipertrofica e nella insufficienza cardiaca.

Pathogenic SYNGAP1 Mutations Impair Cognitive Development by Disrupting Maturation of Dendritic Spine Synapses. Cell 2012;151:709. Mutazioni che causano deficit intellettivo (DI) o autismo in genere interessano proteine sinaptiche. Alterazioni della regolazione eccitatoria/inibitoria (E/I) costituisce un comune fenotipo neurofisiologico comune a molte patologie cerebrali, tra cui DI e autismo. Mutazioni troncanti in eterozigosi del gene SYNGAP1 causano (4% dei casi, più frequente della s. Fragile X) una forma di DI moderato non sindromico e autismo, interessando quindi selettivamente la funzione cerebrale.  La proteina codificata, RasGAP, è localizzata a livello delle spine dendritiche nei neuroni neocorticali piramidali dove controlla il pathway di segnale della plasticità sinaptica mediata dal recettore NMDA e dal recettore ionotropo AMPA (AMPAR). Nel modello di topo SYNGAP1 con aploinsufficienza del gene, che presenta DI e segni di autismo, si osserva che le sinapsi glutaminergiche maturano prematuramente e a maggior velocità del normale nelle prime settimane di vita postnatale con conseguente sbilanciamento E/I nel network neurale della funzione cognitiva e comportamentale , con il risultato di una disabilità intellettiva permanente. Lo studio consente di comprendere meglio i meccanismi neurofisiologici che legano anomalie di maturazione delle sinapsi glutaminergiche nel corso dello sviluppo con le anomalie neurocomportamentali.

HDAC4 Governs a Transcriptional Program Essential for Synaptic Plasticity and Memory. Cell 2012;151:821. Cell 2012;151:821. Le modifiche del numero e delle funzioni sinaptiche dipendono dalla induzione o dalle repressione di specifici geni. HDAC4, una deacetilasi istonica che fa la spola tra il nucleo e il citoplasma, controlla il programma trascrizionale fondamentale per la plasticità sinaptica e la memoria.

Il suo passaggio nel nucleo e l’associazione con la cromatina, regolati negativamente dai recettori NMDA, agisce sull’architettura e stabilità sinaptica. La mutazione troncante del prodotto del gene HDAC4 causa nell’uomo per aploinsufficienza una rara condizione chiamata s. Brachidattilia con ritardo mentale (MIM #600430). Il topo portatore di una mutazione simile a quella umana ha deficit di neurotrasmissione, apprendimento spaziale e di memoria. Nel lavoro si conferma il ruolo di HDAC4 nella regolazione del programma di trascrizione essenziale per la trasmissione sinaptica e per il processo informativo cerebrale.

Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome. Nature Medicine 2012;17:1657. La s. Timothy (MIM #601005), causata da mutazione di un sito di splicing alternativo del gene CACNA1C che codifica la subunità α1 di Cav1.2, fa parte delle sindromi del QT lungo e è caratterizzata da aritmia cardiaca, ipoglicemia intermittente, sindattilia delle mani e piedi, deficit immunitario, deficit cognitivo e autismo (nel 60% dei casi). Cellule staminali totipotenti indotte in cellule di pz con questa sindrome mostrano anomalie del pathway di ione calcio e dell’espressione genica dipendente dall’attività e ridotta espressione dei geni espressi negli strati più profondi cerebrali e nei neuroni di proiezione callosi. Mostrano anche un’aumentata produzione di norepinefrina e dopamina  e di tirosina idrossilasi (TH). Questo effetto è parzialmente correggibile con la roscovitina, che aumenta l’inattivazione del canale tipo L (canali ionici long lasting del calcio voltaggio-dipendenti, che fanno parte dei canali del calcio ad alto voltaggio). Questo conferma quanto già osservato in cellule staminali indotte da cardiomiociti derivate da pz con s. Timothy, in cui la roscovitina riduce il prolungamento del potenziale di azione cardiaco. E dimostra che l’aumentata espressione di TH è dovuta alla mancata inattivazione dei canali ionici e che il ripristino di inattivazione nei neuroni maturi riduce l’anomala espressione di TH nelle cellule di pz con s. Timothy. Il modello murino ricapitola solo in parte il fenotipo umano mostrando che vi sono differenze tra specie e specie nella regolazione genica (osservazione da tenere presente nei confronti, anche terapeutici, ndr). Il coinvolgimento neurologico e comportamentale in questa sindrome può essere correlato al coinvolgimento di strutture cerebrali (neuroni di proiezione, difetti di connessione corticale) e aumento di sintesi catecolaminica.

Gain-of-function Nav1.8 mutations in painful neuropathy. PNAS 2012;109:19444. La neuropatia periferica associate a dolore che interessa le fibre nervose nocicettive (che trasmettono stimoli nocivi, che producono cioè danni tissutali) con fibre mieliniche di piccolo calibro è frequente e nella metà dei casi da causa non nota. Sono state recentemente individuate nel 30% dei casi  mutazioni missenso con acquisizione di funzione del gene del canale del sodio SCN9A (Nav1.7) espresso soprattutto nei neuroni e assoni dei gangli delle radici dorsali (MIM #603415), che provocano un’ipereccitabilità di questi neuroni. SCN9A è il gene malattia di altre condizioni neurologiche (epilessia con convulsioni febbrili 7, convulsioni febbrili familiari 3B, eritermalgia, insensibilità al dolore legata a canalopatia, dolore parossistico estremo, modificatore nella s. Dravet). Altri due geni del canale del sodio (Nav1.8, and Nav1.9) sono espressi nella stesse sede. In questo lavoro vengono descritte mutazioni, alcune con acquisizione di funzione, di un altro gene del canale del sodio (Nav1.8 ) anch’esso espresso nei gangli delle radici dorsali, che ne alterano la permeabilità tale favorire  l’eccitabilità dei neuroni. Il gene è risultato mutato in 7 soggetti (tra cui un padre e figlio) affetti in un campione di 104 pz con neuropatia delle fibre di piccolo calibro dolorosa.  

Stesso gene (KCNT1) al NGS, due malattie

Missense mutations in the sodium-gated potassium channel gene KCNT1 cause severe autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy, Nature Genetics 2012;44:11:88. Epilessia AD notturna del lobo frontale (ADNFLE) è geneticamente eterogenea, con mutazioni delle subunità del recettore nicotinico dell’acetilcolina (geni CHRNA4, CHRNB2 and CHRNA2) che sono mutati nel 10% delle famiglie affette.
L’analisi di linkage e poi esonica in una famiglia hanno trovato una missenso di un gene che codifica per una subunità del canale del potassio KCNT1 che co-segrega con la malattia. L’estensione dell’analisi a altri 108 casi familiari e sporadici, negativi ai geni noti, ha identificato 3 diverse mutazioni missenso di KCNT1 ritenute causali in 2 casi familiari e in un caso sporadico, tutti con una forma particolarmente grave.

De novo gain-of-function KCNT1 channel mutations cause malignant migrating partial seizures of infancy. Nature Genetics 2012;44:1255. La sindrome con convulsioni parziali maligne migranti dell’infanzia (MMPSI) è una rara encefalopatia epilettica con farmacoresistenza e deficit intellettivo. Fa parte del gruppo di encefalopatie epilettiche a inizio precoce (EOEE) tra cui la sindrome Ohtahara (gene STXBP1, 10% dei pz) e la s. Dravet (SCN1A, 70% dei pz)(vedi Specific deletion of NaV1.1 sodium channels in inhibitory interneurons causes seizures and premature death in a mouse model of Dravet syndrome. PNAS 2012;109:14646)(Settembre 2012). La ricerca di mutazioni nelle EOEE è stata negativa per i geni dei canali ionici a alto voltaggio. Con sequenziamento esonico trovato il gene causale in 6 di 12 affetti con mutazioni attivanti de novo in KCNT1. Quindi è il principale gene malattia di questa rara condizione e i meccanismi fisiopatologici sottostanti il fenotipo sono ritenuti dovuti a iperattivazione del canale del potassio K_Na.

TTBK2 Kinase: Linking Primary Cilia and Cerebellar Ataxias. Cell 2012;151:697. Le cilia, proiezioni che si estendono al di là della membrana cellulare, sono importanti per i movimenti della cellula, segnali cellulari, percezione sensoria, in particolare, in quella tattile. Mutazioni di geni che alterano la formazione o la funzione delle cilia sono chiamate Ciliopatie, fenotipicamente e geneticamente molto eterogenee (s. Bardet-Biedl, s. Meckel-Gruber (MKS), s. Nefronoftisi, s. Joubert,  s. Jeune distrofia toracica asfissiante)(vedi Cell 2012;150:533; Science 2012;335:966; Nature Medicine 2012;18:1423)(Articoli interesse Febbraio, Agosto e Settembre 2012). Quanto ora riportato è un commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (The Spinocerebellar Ataxia-Associated Gene Tau Tubulin Kinase 2 Controls the Initiation of Ciliogenesis. Pg 847) che dimostra che il gene TTBK2 (Tau tubulino chinasi 2) è essenziale per il normale funzionamento della via di segnale Shh e per la ciliogenesi del topo. Nell’uomo sue mutazioni troncanti causano Atassia Spinocerebellare tipo 11 (MIM #604432)(sono descritte 31 diverse SCA) (http://omim.org/phenotypicSeries/164400) e le proteine mutanti non promuovono la ciliogenesi e inibiscono la formazione ciliare nelle cellule normali.

CHMP1A encodes an essential regulator of BMI1-INK4A in cerebellar development. Nature Genetics 2012;44:1260. In 3 famiglie (Perù e Portorico) con più affetti da ipoplasia ponto-cerebellare e della corteccia cerebrale con microcefalia  con risparmio delle lamelle cerebellari sono state trovate mutazioni in omozigosi del gene CHMP1A. Cellule mutanti di questo gene hanno ridotta proliferazione cellulare e aumentata espressione di INK4A (trascritto alternativo di CDKN2A), che è un regolatore negativo della proliferazione delle cellule staminali. A livello cellulare si osserva la mancanza di repressione di INK4A da parte di BMI1 (proteina della famiglia Polycomb (Pc-g) che codifica proteine cromatiniche richieste per la repressione di loci omeotici nello sviluppo ormonale). Nello zebrafish con ridotta espressione (morfolino knockdown) di chmp1 sono riscontrabili difetti cerebrali simili a quelli da ridotta espressione di bmi1a e bmi1b, anomalie  parzialmente corrette dalla riduzione di espressione dell’ortologo INK4A.Questo fa ritenere che a livello del SNC CHMP1A sia un regolatore essenziale di BMI1, che a sua volta controlla la proliferazione delle cellule staminali.

Three-Dimensional Architecture of the Rod Sensory Cilium and Its Disruption in Retinal Neurodegeneration. Cell 2012;151:1029. Articolo da Cell sul ruolo delle cilia a livello retinico. Le cilia svolgono il ruolo essenziale del movimento delle proteine di membrana dovuto in parte al trasporto intraflagellare. Lo studio mediante tomografia crio-elettronica (tecnica che crea immagini tridimensionali di organelli intatti) della radice e del contenuto ciliare rivela l’architettura ciliare in 3D del segmento esterno dei bastoncelli retinici e del traffico di molecole nella radice e nel suo interno (http://www.mcponline.org/content/6/8/1299/F1.expansion) in cellule retiniche di topo normale e di topo con mutazione di una proteina del BBSoma (s. Bardet-Biedl), del gene CNGB1 (Retinite Pigmentosa 45, # MIM 316737) e di altre. Il tomogramma di queste neurodegenerazioni retiniche ereditarie mette in evidenza le differenze strutturali di difetti molecolari specifici.

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Preventing Alzheimer’s Disease. Perspective. Science 2012;337;1488. Di partenza la spaventosa epidemia prevedibile nel 2050: quasi 120 milioni di persone con demenza in tutto il mondo di cui oltre l’80% nelle popolazioni a basso reddito. Solo una piccola proporzione (<1%) di persone si ammala di Alzheimer (AD) nella mezza età in quanto portatori di una mutazione dei geni noti (APP, PSEN1, PSEN2) con primo declino cognitivo sui 25 anni e incubazione di 15 anni prima dell’inizio dei sintomi (vedi Tracking the insidious course of Alzheimer’s disease. Nature Medicine 2012;18:1342 e Clinical and Biomarker Changes in Dominantly Inherited Alzheimer’s Disease. NEJM 2012;367:795)(selezione articoli Agosto e Settembre 2012) con scarsi successi terapeutici probabilmente per trattamento tardivo quando i danni si sono già prodotti. In questi casi la prevenzione secondaria con farmaci di ultima generazione potrebbe rallentarne il decorso. E nei casi sporadici, che sono la maggioranza? Siamo alla ricerca di biomarcatori (Clinical and Biomarker Changes in Dominantly Inherited Alzheimer’s Disease. NEJM 2012;367:795)(Articoli interesse Agosto 2012). Da qui la proposta di sperimentazioni cliniche con genotipizzazione delle apoliproteine E per verificare l’efficacia della terapia con trial clinico in soggetti ApoE4 positivi e ApoE4 negativi, o l’analisi biochimica del liquido cerebrospinale (ma qui ci sono problemi per la procedura invasiva). E la prevenzione non farmacologica sui fattori ambientali? Stili di vita come l’attività aerobica, intellettuale protratta, l’esposizione ripetuta a cose nuove (che nel topo riduce il carico amiloide e i disturbi comportamentali), la socialità; il tutto prima che comincino i segni perché, come per i farmaci, poi potrebbe essere troppo tardi e non avere più effetto.

Cxcr4 regulation of interneuron migration is disrupted in 22q11.2 deletion syndrome. PNAS 2012;109:18601. Gli interneuroni corticali (neuroni che stanno tra un neurone sensorio e uno motorio e che sono responsabili della modulazione e integrazione delle risposte) sono regolatori essenziali dell’attività corticale e della sincronia di funzioni complesse come l’interazione sociale, l’apprendimento e la memoria . Si ritengono siano coinvolti, ma non è noto come, in numerosi disturbi comportamentali dello sviluppo (Schizofrenia, Autismo) e in alcune patologie neurologiche (A Circuit Mechanism for Neurodegeneration. Cell 2012;151:250)(Specific deletion of NaV1.1 sodium channels in inhibitory interneurons causes seizures and premature death in a mouse model of Dravet syndrome. PNAS 2012;109:14646)(Articoli Interesse Ottobre e Settembre 2012). Nella delezione 22q11.2 si rilevano nei pz anomalie di migrazione neuronale (autopsia), polimicrogiria, focale assottigliamento della materia grigia e compromissione dei circuiti corticali e degli interneuroni GABAergici. Nel modello murino (topo LgDel) si dimostra che la diminuzione di dose genica è associata a alterata migrazione corticale interneuronale, il cui fenotipo è dovuto all’alterazione del recettore chemochinico CXCR4 che influenza la localizzazione, la traettoria di migrazione e la mobilità di queste cellule durante lo sviluppo corticale. Questo quindi dovrebbe essere il meccanismo patogenetico delle anomalie corticali nelle persone con s. 22q11.2.

Striatal Interneurons: Causes of or Cures for Movement Disorders? Science 2012;338:59a. Cruda descrizione di come si diventa parkinsoniani: “Imagine one day you notice a tremor and can’t walk easily anymore. Your doctor tells you that you have Parkinson’s disease and gives you levodopa, a 60-year-old treatment that temporarily relieves your symptoms. But over time, the medication makes you impulsive, and after a few years, your symptoms return. The doctor tells you that you have developed resistance to your medicine and that nothing else is likely to work—your condition continues to degenerate”. I disordini del movimento sono uno sbilanciamento di attività di due opposti pathway neurali nello striato:  “Overactivity of the “direct pathway” promotes disorders of excessive movement, such as Huntington’s disease, dystonia, and Tourette syndrome; overactivity of the “indirect pathway” promotes disorders of insufficient movement, such as Parkinson’s disease”. Quali neuroni ne armonizzano le funzioni? Gli interneuroni fast-spiking (FSI), chiamati così per le loro caratteristiche elettrofisiologiche, che fanno parte della famiglia dei neuroni inibitori che controllano specificamente la firing-rate (frequenza dell’impulso elettrico, mi pare, ndr) e il tempo di attività di un gruppo di neuroni, ambedue funzioni sregolate nei disordini del movimento. L’inibizione dei FSI provoca, secondo l’A, uno sbilanciamento dei due pathway neurali. Il blocco dei recettori del glutammato con un farmaco (IEM-1460) iniettato nello striato di topi provoca temporaneamente una distonia. Nei topi modello Parkinson (in cui sono stati eliminati chimicamente i neuroni dopamina) si produce il risultato inatteso di una proliferazione di assoni dei FSI che raddoppiano i loro contatti sinaptici nei neuroni del pathway indiretto. Questo causa un eccesso di sincronia di questi neuroni, che è proprio la caratteristica della disfunzione dello striato nel Parkinson, una patologica sincronia del pathway indiretto (l’esempio che porta è più esplicativo:  il rumore prodotto da più persone che parlano all’unisono è molto più forte di quello prodotta quando parlano uno alla volta, adesso ho capito, ndr). La comprensione della funzione dei circuiti neurali porterà a trovare nuovi e più efficaci farmaci per i disordini di movimento, come IEM-1460, che sono una comune patologia (la frequenza cresce con l’età e arriva sino al 20% della popolazione)(http://www.aan.com/go/education/curricula/family/chapter8/section1).

Progressive degeneration of human neural stemcells caused by pathogenic LRRK2. Nature 2012;491:603. Ipotesi: alterazioni dell’architettura nucleare sono presenti in molte malattie dell’uomo e correlano con l’età. Studiata l’organizzazione nucleare in una malattia associata all’età, come il Parkinson da una specifica mutazione dominante (G2019S) del gene LRRK2 (PARK8, MIM #607060), che nel topo adulto altera la neurogenesi. Cellule staminali totipotenti (iPSC) di pz con PARK8 con tale mutazione indotte in cellule staminali neurali mostrano suscettibilità allo stress proteosomico (proteosoma: complesso multiproteico che degrada polipeptidi all'interno della cellula), difetti di organizzazione della membrana nucleare, di espansione clonale e di differenziazione neuronale. Questo fenotipo è corretto correggendo la mutazione. L’analisi del tessuto cerebrale di pz affetti da Parkinson mostra alterazioni della membrana nucleare. Con questi dati quindi le alterazioni dell’architettura nucleare vanno considerate parte del fenotipo Parkinson, dato utile per la diagnosi e per possibili terapie.

TDP-43 and FUS/TLSyield a target-rich haul in ALS. Nature Neuroscience 2012;15:1467. la Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS) è una malattia neurodegenerativa a esordio tardivo con una notevole variabilità fenotipica. In genere sporadica con un 10% dei casi familiari a trasmissione AD (molto rara la AR) geneticamente molto eterogenea (quasi 20 malattie, con 20% da mutazione SOD1). Nel 50% dei casi la causa rimane sconosciuta (vedi articoli di interesse Marzo, Aprile, Giugno, Agosto e Settembre 2012: Mutations in the profilin 1 gene cause familial amyotrophic lateral sclerosis. Nature 2012;488:499 e EPHA4 is a disease modifier of amyotrophic lateral sclerosis in animal models and in humans. Nature Medicine 2012;18:1418). La patogenesi della ALS non è nota, vi sono evidenze per un alterato processamento RNA. Almeno due geni ASL che codificano proteine RNA, TDP-43 (gene TARDP) della ALS 10 (MIM #612069) e FUS della ALS 6 (MIM #608030) sono causa della ALS con o senza demenza temporale. Nell’articolo sullo stesso fascicolo (Divergent roles of ALS-linked proteins FUS/TLS and TDP-43 intersect in processing long pre-mRNAs. Pg. 1488) si rileva che FUS/TLS lega l’RNA di oltre 5.500 geni nel cervello di topo e in quello umano e che una parte di questi sono in comune con TDP-3. Provocando con oligonucleotidi antisenso in vivo nell’encefalo di topi adulti una deplezione di FUS/TLS si determina una riduzione dei livelli o dello splicing di oltre 950 mRNA, in gran parte distinti da RNA dipendente  da TDP-43; solo 45 RNA erano ridotti dopo deplezione di uno o l’altro ma tra questi ci sono mRNA di geni con introni eccezionalmente lunghi che codificano proteine essenziali per l’integrità neuronale. Una parte di questi è risultata ridotta da deplezione TDP-43 o FUS/TLS anche in cellule staminali neuronali umane suggerendo quindi un pathway comune; la perdita di funzione di FUS/TLS o TDP-43 comporta una riduzione di funzione di Parkina, SMYD3, KCNIP4 e forse altri geni che costituisce un possibile meccanismo patogenetico (quindi le prospettive di una nuova terapia almeno quando sono coinvolti questi geni).

Microcephaly Gene Links Trithorax and REST/NRSF to Control Neural Stem Cell Proliferation and Differentiation. Cell 2012;151:1097. Lo sviluppo del SNC richiede una stretta e continua regolazione genica. I neuroni coricali si formano da cellule progenitrici che inizialmente si dividono simmetricamente aumentando di numero, poi si dividono asimmetricamente producendo una cellula progenitrice e una più differenziata. Poi seguono divisioni neurogeniche a costituire prima gli strati interni della corteccia cerebrale e in seguito quelli esterni. Poco si sa sul controllo molecolare di questo complesso processo.  I geni noti della microcefalia sono quelli coinvolti nella formazione del fuso mitotico e nella riparazione del DNA, ma studi della neurogenesi cerebrale corticale negli animali ci dicono che un rilevante ruolo è svolto dal pathway trascrizionale e dal controllo dell’espressione genica a livello della struttura cromatinica. L’analisi di linkage e il sequenzamento successivo in una famiglia di consanguinei arabo-israeliano ha identificato una mutazione missenso del sito di splicing in omozigosi di un  gene della microcefalia che controlla il bilanciamento tra divisione delle cellule progenitrici e differenziazione. Il gene ZNF335 codifica una proteina  con motivo zinc-finger (regione che lega il DNA) nucleare che interagisce con un complesso modificazione istonica. Il fenotipo è quello di una gravissima microcefalia (- 9 DS) con morte entro il primo anno, inizialmente con una corticale sottilissima, e istologicamente con corteccia gravemente alterata (pochi neuroni, ridotto numero di strati). Il KO di Znf335 del topo altera la proliferazione delle cellule progenitrici e la loro differenziazione. Il fenotipo del KO specifico cerebrale è di una assenza della parte anteriore del cervello (è da prevedere che ci saranno altri geni microcefalia del pathway, ndr).  

Haploinsufficiency for AAGAB causes clinically heterogeneous forms of punctate palmoplantar keratoderma. Nature Genetics 2012;44:1272. Il cheratoderma palmoplantare costituisce un gruppo di patologie cutanee caratterizzato da ipercheratosi dell’epidermide del palmo e della pianta dei piedi. La classificazione dermatologica distingue la forma localizzata focale, puntata, diffusa e striata e quella istopatologica in forma epdermolitica, non epidermolitica e porocheratotica. OMIM elenca tre malattie diverse: PPKP1 (tipo 1, MIM #148600) con locus in 15q22, PPKP2 (forma porocheratotica, MIM %175860) non idnetificato locus, e PPKP3 (MIM %101850) con locus forse in 2p25–p12. Analisi con linkage, sequenziamento esonico e sequenziamento tradizionale in 18 famiglie (Scozia, Irlanda, Giappone, Tunisia) di cui 11 con trasmissione AD,  con eterogeneità fenotipica e lesioni a comparsa nella prima o seconda decade di vita con peggioramento con l’età e simili aspetto istologico e ultrastrutturale. Trovate mutazioni in eterozigosi di diverso tipo nel gene AAGAB, la cui aploinsufficenza determina la malattia. Il difetto del prodotto di AAGAB interferisce con il riciclaggio endocitico di fattori della crescita come EGFR causando un aumento di segnale e proliferazione cellulare.

A Mutation in EGF Repeat-8 of Notch Discriminates Between Serrate/Jagged and Delta Family Ligands. Science 2012;338:1229. Il patway di segnale NOTCH (nell’uomo, come nei mammiferi, esistono 4 paraloghi- , tutti con simile organizzazione strutturale –NOTCH 1-4), evoluzionariamente conservato, interviene in varie fasi e con varie funzioni cellulari, dalla proliferazione alla morte cellulare. L’attivazione inizia con il suo legame dei suoi recettori ai ligandi Delta (D1) o Serrate (Ser). La maggior parte del dominio extracellulare dei recettori è costituita da ripetizioni di tipo Epidermal Growth Factor (EGFr). Alcuni EGFr sono necessari per l’interazione ligando-recettore sia con D1 che con Ser, mentre altri regolano negativamente queste interazioni. Mutazioni di EGFr sono causa di alcune malattie come Arteriopatia cerebrale AD con infarti subcorticali e leucoencefalopatia (CADASIL, MIM #125310), la s. Alagille 2 (MIM #  610205) e la s. Hajdu-Cheney (MIM # 102500) e la Malattia della valvola aortica 1 (MIM #109730)(valvola bicuspide, stenotica, dilatazione della radice). Nella Drosofila, che ha un solo gene NOTCH, è stata studiato l’effetto del pathway di una sua missenso che altera il legame con Ser ma non con D1. La selettività del ligando è dovuta a una sequenza conservata che costituisce una maniglia molecolare per ulteriori studi delle patologie da NOTCH.

The SNPs in the human genetic blueprint era. New Biotechnology,  accepted MS 2012. AA italiani (di Roma tra cui Ginevra Zanni e un ricercatore del Reparto Investigazioni Scientifiche dei Carabinieri) ha in pubblicazione un articolo di ricerca e aggiornamento sugli SNP, del loro uso in Genetica Medica e in Farmacogenetica.

 
PEDIATRI
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Between bedside and bench. Epilepsy.
Bedside to bench: Opening up the potassium door in neonatal seizures. Nature Medicine 2012;18:1624
Bench to bedside. Finding the epileptogenesis switch. Nature Medicine 2012;18:1626.

Bella presentazione dei due approcci dal titolo:  “Before epilepsy unfolds” (traduzione alla buona: “venga fuori”, ndr).  Si vorrebbe sapere come l’epilessia inizi e come impedire che si stabilizzi, cosa fare per prevenirla e se vi siano comuni pathway per trattare questa malattia, frequente, complessa e socialmente gravosa. Il periodo di maggior frequenza di crisi convulsive è il primo mese di vita; le cause possono essere dovute a fattori ambientali (traumi, ipossia, emorragie endocraniche, infezioni) o malformazioni cerebrali o canalopatie genetiche. Nell’articolo “Bedside to bench” viene sottolineato che la terapia anticonvulsiva negli ultimi 50 anni è cambiata poco, con l’uso di agonisti GABA (fenobarbital) e farmaci che riducono il flusso di sodio nei neuroni (fenitoina), ma con risultati parziali. L’osservazione clinica che le convulsioni associate a mutazione di geni del canale del potassio (KCNQ2 and KCNQ3) iniziano in epoca neonatale e possono esitare in epilessia suggerisce che questi giochino un ruolo importante nell’epilessia e possano costituire un bersaglio per la terapia. Per vari aspetti la capacità eccitatoria del cervello immaturo potrebbe essere inibita dalla funzione dei canali del potassio.  In  teoria potrebbero essere quindi efficace aumentare i segnali inibitori nell’encefalo che sta ancora sviluppandosi che potrebbe ridurre l’ipereccitabilità cerebrale e l’aumentata suscettibilità alle convulsioni bloccando così l’instaurarsi di una patologia epilettica infantile. Come esempio nel topo l’Ezogabina (Retigabina), è efficace nel trattamento delle convulsioni nei topi immaturi. Questo farmaco, approvato dalla Agenzia del farmaco europea, è usato nel trattamento delle epilessie parziali e favorisce l’apertura del canali del potassio.

Nell’articolo “Bench to bedside”  l’A (una ricercatrice del Mario Negri di MI, Annamaria Vezzani) suggerisce che il pathway di segnale mTOR (mammalian target of the rapamycin) potrebbe essere un potenziale target per bloccare l’epilettogenesi. Alcuni geni malattia come quelli della Sclerosi Tuberosa, i cui geni TSCL1 e TSCL2, PTEN e NF1 sono modulatori negativi di mTOR e mutazioni di questi geni determinano iperattività di mTOR e alterazioni cellulari con comorbilità con l’epilessia (80% dei pz con Sclerosi Tuberosa hanno epilessia). Nel modello murino con inattivazione condizionale dei geni Tsc1, Tsc2 o Pten negli astrociti e nei neuroni c’è aumentata attivazione di mTOR, ipertrofia delle cellule cerebrali e convulsioni spontanee con alterazioni cellulari compatibili con le alterazioni da epilessia. La terapia con Rapamicina riduce gli effetti epilettogeni, con una efficacia che è maggiore se il tempo intercorso tra crisi epilettica e terapia è breve. Viene menzionato un farmaco, Everolimus (usato nel carcinoma a cellule renali e in sperimentazione per altri tumori), che in una terapia sperimentale ha determinato una riduzione significativa delle convulsioni in bambini con TSC. Ma le terapie sperimentali tese a inibire mTOR, nelle sperimentazioni precliniche, hanno rilevato un possibile effetto sfavorevole di neurotossicità. Ulteriori studi chiariranno se questa via è efficace e percorribile.