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 KNa.
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.
**
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
***
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.