Selezione articoli di interesse Genetica Medica/Umana Feb 2013. R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati nel Febbraio 2013 nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Genetics, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neuroscience, NEJM, PNAS, Science & Cell.

SEQUENZIAMENTO ESONICO-GENOMICO, PROTEOMA E CNV

Shared Genetic Risk for Sclerosis of Valves and Vessels. NEJM 2013;368:569. “The hydromechanical basis for contemporary Doppler assessment of stenotic aortic valves was established in 15th-century Italy by the motion of waterborne grass seeds flowing through blown-glass models of aortas”. Studiava, Leonardo da Vinci, i movimenti dei semi di erba trasportati dal flusso di acqua in modelli di aorta di vetro soffiato (se ho capito bene), concludendo che la velocità del flusso dipende, in modo inverso, dalle dimensioni dell’orificio. Nella stenosi valvolare l’infiammazione cronica con attivazione delle citochine viene attivato il pathway TGF-β che a cascata stimola i miofibroblasti, l’invasione di cellule mononucleari infiammatorie e il deposito di calcio. Con un meccanismo molto simile alle lesioni dell’intima nell’aterosclerosi. Allora quali sono i difetti subclinici che alterano l’elasticità valvolare che porta alla sclerosi o alla stenosi? Nell’editoriale vengono presentati in sintesi i risultati ottenuti da uno studio di associazione GWAS con SNP (Genetic Associations with Valvular Calcification and Aortic Stenosis. NEJM 368:503) in cui viene individuata una variante di sequenza nel gene LPA (Lipoprotein(a)) fortemente associata a calcificazione valvolare aortica, anomalia che precede la stenosi. Il meccanismo patogenetico sembra quindi comune alle due patologie (aterosclerosi e stenosi aortica). L’idea non è nuova tanto vero che ci sono state sperimentazioni cliniche (SEAS) per verificare l’effetto della Simvastina e Ezetimibe per le stenosi aortiche, la terapia è risultata efficace nel ridurre la patologia aterosclerotica ma non la calcificazione valvolare aortica. Questo allele è presente nel 5-6% delle persone che potrebbero essere quindi a rischio di calcificazione valvolare e che forse potrebbero beneficiare della terapia che riduca la lipidemia. Necessitano altre sperimentazioni cliniche focalizzate su questa specifica patologia. Naturalmente, conclude l’editoriale, ci saranno più fattori genetici e fattori ambientali che determineranno, come per l’aterosclerosi, la variabilità inter-individuale del decorso e della risposta alla terapia.

STUDI ASSOCIAZIONE

Genome-wide association analyses identify multiple loci associated with central corneal thickness and keratoconus. Nature Genetics 2013;45:155. I parametri biometrici oculari comprendono caratteri quantitative con alta ereditabilità, come lo spessore corneale centrale con ereditabilità del 90%. Se lo spessore è considerevolmente ridotto è il segno cardine di malattie connettivali (Brittle cornea 1 e 2, Ehlers-Danlos VI, Osteogenesi Imperfetta), se non gravemente ridotto causa malattia a insorgenza tardiva come il cheratocono (o ectasia corneale, prevalenza 1:2.000 persone) e un fattore di rischio per glaucoma a angolo aperto se è aumentata la pressione endooculare. La meta-analisi di studi GWAS in popolazione europea e asiatica (>20.000) ha identificato 16 nuovi loci di suscettibilità (tenendo conto di altri studi i loci di suscettibilità per il cheratocono sono ora 27). Due geni forniscono un considerevole rischio di cheratocono (FOXO1 e FNDC3B), il secondo è un fattore di rischio anche per il glaucoma primitivo a angolo aperto.

Genome-wide association analysis identifies new susceptibility loci for Behçet’s disease and epistasis between HLA-B*51 and ERAP1. Nature Genetics 2013;45:202. M. Behçet: vasculite con ulcere oro-genitali, uveite (patologia famosa in questi giorni, ndr), infiammazione cutanea, artrite, enterocolite e infiammazione di altri organi. Esistono fattori di rischio genetico, come HLA-B*51 e, con analisi GWAS altri fattori di rischio del complesso maggiore di istocompatibilità classe I, IL10 (interleuchina 10) e IL23R (recettore Interleuchina 23), che però non spiegano per intero l’ereditabilità della condizione.

L’analisi GWAS nella popolazione turca e giapponese ha identificato altri loci associati: CCR1, STAT4 e KLRC4; è stato individuato anche un gene ERAP1 (in condizione di recessività). Interessante anche il fatto che alcuni di questi sono fattori di rischio per altre malattie, come la spondilite anchilosante e la psoriasi, facendo ritenere che tutte queste condizioni abbiano pathway condivisi.

TERAPIA-SPERIMENTAZIONE

New set of Alzheimer’s trials focus on prevention. Lancet 2013;381:614. World report sulla terapia dell’Alzheimer dal sottotitolo: “Anti-amyloid drugs have failed to treat Alzheimer’s disease but a new clutch (serie?) of studies will test whether they can prevent clinical onset of the devastating disorder”.  Inizia con un esempio reale di un padre, sano, di due bambini portatori, che a 33 anni sa di avere ereditato dal padre e dalla nonna una rara mutazione completamente penetrante che li ha portati a morte a 52 anni per Alzheimer. E commenta la sua situazione così: “I don’t look at 50 as being middle aged. I look at middle aged as being 25, and I am past my middle age”. Ma, e questo rende questa esperienza significativa, è uno dei primi casi presintomatici di m. Alzheimer AD che è stato reclutato in una sperimentazione clinica (DIAN)(Dominantly Inherited Alzheimer Network- ClinicalTrials.gov number, NCT00869817) finanziata da privati (60 milioni di $ USA) in fase 2 per verificare se sia possibile la prevenzione della malattia mediante farmaci (vedi Articoli interesse Agosto 2012: Clinical and Biomarker Changes in Dominantly Inherited Alzheimer’s Disease. NEJM 2012;367:795). Il trattamento dei soggetti presintomatici inizierà entro 2-3 mesi. E ci sono altre 2 sperimentazioni pubblico-privato in fase 3: Alzheimer’s Prevention Initiative (API)(casi familiari) e Anti-Aβ Treatment (A4)(persone asintomatiche di età 70-85 anni con PET cerebrale positiva per depositi di amiloide). Quest’ultimo studio è particolarmente interessante perché riguarda l’Alzheimer classico a insorgenza tardiva e sporadico che costituisce la forma più frequente (90-95% dei casi).

Sinora però le due sperimentazioni cliniche (con bapineuzumab e solanezumab)(vedi articoli selezionati nei mesi scorsi) nei sintomatici hanno dato risultati deludenti tanto che la prima è stata sospesa mentre la seconda ha avuto un lieve effetto sul declino cognitivo nei casi di media gravità facendo ritenere ancora mantenere in sperimentazione ma in fase di malattia precoce. Ma, come suggerito da alcuni studi, i meccanismi che portano alla sintomatologia potrebbero dipendere anche da altro non sensibile a farmaci anti Aβ. Vi sono ancora in fase sperimentale farmaci, come l’inibitore beta-secretasi che riduce la produzione di Aβ e altre sperimentazioni del NIH come quella dell’attività fisica per migliorare le funzioni cognitive nei pz anziani e l’uso di un farmaco generico, Prazosin (farmaco vasodilatatore alfalitico, usato nel controllo dell’ipertensione), per il trattamento dell’agitazione sintomo comune e mal curabile sempre negli anziani con Alzheimer. Tutti questi studi per una patologia che come sappiamo è diventata “epidemica”.

Human retinal gene therapy for Leber congenital amaurosis shows advancing retinal degeneration despite enduring visual improvement. PNAS 2103; Published on line:E517. Vedi anche Gene fix does not prevent cell loss. Nature 581:493 e Human retinal gene therapy for Leber congenital amaurosis shows advancing retinal degeneration despite enduring visual improvement. PNAS 2013 Jan 22) in cui si sottolinea che la terapia genica migliora la visione nella Leber per almeno 3 anni, ma non ferma la perdita di recettori retinici, anche nel modello animale)(Spigolature Gennaio 2013). In questo lavoro vengono valutati gli effetti della terapia genica in pz con Leber tipo II (MIM #204100) e nel modello canino. Nei pz non trattati la disfunzione e la degenerazione dei fotorecettori avviene prima. Nei 15 pz trattati (età 7-29 anni) con la terapia la visione migliora e rimane stabile nel tempo (media 4.6 anni), nonostante continui la degenerazione dei fotorecettori. I cani trattati precocemente migliorano la vista e I fotorecettori sono protetti dalla degenerazione per un periodo di osservazione di almeno 5 anni (soni a 11). Se trattati tardivamente, nel periodo della calo visivo e degenerativo, migliorano la loro visione ma la degenerazione retinica prosegue. Quindi la terapia genica aiuta la funzionalità ma non impedisce la degenerazione retinica. Occorre quindi ridefinire meglio gli strumenti terapeutici ricorrendo magari a farmaci neuroprotettivi.

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE

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A presenilin 1 mutation in the first case of Alzheimer’s disease. Lancet Neurology 2013;12:129.

L’analisi genetica su tessuto in paraffina del primo pz, una signora che si chiamava Auguste Deter (una volta non c’era il problema della privacy, ndr) diagnosticato più di 100 anni fa da Alois Alzheimer “eine eigenartige Erkrankung der Hirnrinde”(a peculiar disorder of the cerebral cortex) con una forma molto precoce ha confermato la diagnosi con la revisione della diagnosi istopatologica cerebrale e con l’identificazione su fettine di tessuto per l’analisi istologica di una mutazione missenso nell’esone 6 del gene PSEN1 (attenzione alle diagnosi cliniche non confermabili con test, perché potrebbero prima o poi essere verificate, quindi non facciamole a vanvera, ndr).

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Glucocerebrosidase in the pathogenesis and treatment of Parkinson disease. PNAS 2013;110:3214. Commento del lavoro sullo stesso fascicolo (Augmenting CNS glucocerebrosidase activity as a therapeutic strategy for parkinsonism and other Gaucher-related synucleinopathies. Pg. 3537).

La malattia Gaucher (GD)(OMIM #230800) è dovuta a mutazione del gene GBA che determina carenza dell’enzima glucocerebrosidasi, enzima che trasforma il glucocerebroside, sostanza derivante dalle cellule degradate, in glucosio e grassi (ceramide) riutilizzabili. Il difetto di enzima causa l’accumulo di glucocerebrosidasi nei lisosomi dei macrofagi, che quindi crescono di dimensioni con aspetto caratteristico e sono chiamati cellule di Gaucher. Ma non è ben noto come il deficit enzimatico causi nell’uomo la malattia lisosomiale (vedi Endoplasmic reticulum dysfunction in neurological disease. Lancet Neurology 2013;12:105)(vedi Selezione Articoli Gennaio 2013). Sono descritte 3 forme cliniche: tipo 1 con coinvolgimento dei visceri, scheletro e polmoni ma non neurologico, tipo 2 con anche coinvolgimento neurologico, tipo 3 con coinvolgimento neurologico subacuto.

Il commento su citato presenta molto bene i risultati del lavoro: in un modello di topo della m. Gaucher (D409V) mediante un vettore virale si produce un aumento dell’enzima carente correggendo i danni provocati dall’accumulo di una proteina, sinucleina (che regola l’accumulo e il rilascio dopaminico), con miglioramento delle patologie comportamentali.

Nella m. Parkinson (PD) vi è una perdita di neuroni dopaminici della sostanza nigra compatta, ma vi è anche il coinvolgimento di altri neurotrasmettitori responsabili della sintomatologia non motoria (deficit cognitivo, disfunzione autonomica, del sonno) che di solito precedono quelli motori. Meno del 20% dei casi di PD hanno una riconosciuta base genetica, ma comunque nella patogenesi della malattia svolge un ruolo centrale l’α-synucleina (SNCA) con accumulo di SNCA in corpi Lewy nei neuroni in degenerazione.

Cosa hanno in comune la GD e PD? Omozigoti e eterozigoti per mutazioni del gene GD hanno un incremento di rischio (da 20 a 30 volte) di sviluppare PD e il 5-10% dei pz con PD sono portatori di mutazione GD con segni clinici, rispetto a PD sporadici, più precoci e con maggior compromissione cognitiva.e minori livelli enzimatici nel SNC. Ma anche nei pz con PD senza mutazione del gene GD vi sono bassi valori di glucocerebrosidasi a livello del SNC. Tutto questo e altro porta a ritenere possibile una terapia che aumenti i livelli enzimatici di glucocerebrosidasi nei soggetti con PD. La terapia sostitutiva attuale nella GD con infusione di glucorerebrosidasi non è applicabile per il PD perché l’enzima non passa la barriera emato-encefalia. Ma l’aumento enzimatico cerebrale potrebbe essere indotto da piccole molecole come i chaperoni (come Ambroxol and isofagomine) che possono avere questo effetto (vedi Induced pluripotent stem cell model recapitulates pathologic hallmarks of Gaucher disease. PNAS 2012;109:18054(Articoli Interesse Ottobre 2012). Una possibile terapia per una patologia rara e per una molto frequente (oltre i 65 anni l’1-2.5% della popolazione, precoce nel 4.5% dei casi e dovuta a mutazione di alcuni geni) e invalidante.

Early-onset neurodegenerative disease linked to enzyme mutation. PNAS 2013;110:3199. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (Recessive loss of function of the neuronal ubiquitin hydrolase UCHL1 leads to early-onset progressive neurodegeneration. Pg 3489) dell’identificazione del gene di una malattia neurodegenerative a insorgenza precoce in 3 fratelli, figli di primi cugini. Clinicamente riduzione del visus dai dai 5 anni con successiva cecità, atassia cerebellare, disfunzione della colonna dorsale e spasticità con RM cerebrale con atrofia ottica bilaterale, atrofia cerebrale e cerebellare. La mappatura per omozigosità e la successiva analisi esonica di tre fratelli ha individuato una mutazione missenso in omozigosi del gene UCHL1, un enzima de-ubiquinante presente abbondantemente nel cervello. La mutazione causa un deficit totale dell’attività enzimatica con un’importante interferenza del legame con il substrato.  Il topo KO ha un fenotipo simile ma senza la degenerazione ottica (almeno sino ai 4 mesi di vita). Una mutazione di tale gene è stata trovata in eterozigosi in un unico soggetto con m. Parkinson ( i genitori dei tre pz non hanno alcun segno di Parkinson) e l’enzima è deregolato nel Parkinson e nell’Alzheimer. Mutazioni del gene UBQLN2 Ubiquilina 2) è stata recentemente individuata nella Sclerosi laterale amiotrofica familiare. La normale degradazione proteina e il normale funzionamento del pathway ubiquitinico sono quindi molto importanti per la funzionalità del SNC.

Huntigton disese (non ho avuto tempo di leggerli, ndr)

Aberrant splicing of HTT generates the pathogenic exon 1 protein in Huntington disease. PNAS 2013; 110:2366.

Exogenous delivery of chaperonin subunit fragment ApiCCT1 modulates mutant Huntingtin cellular phenotypes. PNAS 2013;110:377.

Extensive changes in DNA methylation are associated with expression of mutant huntingtin. PNAS 2013;110:2354.

Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS): malattia neurodegenerativa sporadica con pochi (10%) casi familiari a trasmissione AD o AR. Nel 50% dei casi la causa rimane sconosciuta (vedi articoli di interesse Nov e mesi precedenti del 2012 ). Sembra che il meccanismo patogenetico consista in un alterato processamento RNA. In una forma di ASL (ASL 10 MIM #612069)  è mutato un gene TDP-43, che causa sia ALS 10 e degenerazione lobare fronto-temporale.

ALS-linked TDP-43 mutations produce aberrant RNA splicing and adult-onset motor neuron disease without aggregation or loss of nuclear TDP-43. PNAS 2013 Published on line:E736. Nell’articolo si dimostra nel modello murino di ASL da mutazione di TDP-43, che il mantenimento di livelli omeostatici di proteina TDP-43 è critico per la sua funzione di splicing nel SNC e che alterazioni di questo equilibrio causa splicing alternativi anomali.

Non ho avuto tempo di leggerlo.

Intricate interplay between astrocytes and motor neurons in ALS. PNAS 2013 Published on line:E756.

Expression profiling of mouse subplate reveals a dynamic gene network and disease association with autism and schizophrenia. PNAS 2013;110:3555. La zona sottoplacca (SP) è una struttura transitoria dello sviluppo corticale cerebrale che contiene alcuni neuroni corticali appena formatisi e le prime sinapsi della corteccia. Le cellule di questa zona, altamente dinamica, stabiliscono le prime connessioni talamo-corticali e la loro maturazione e svolgono un altrettanto importante ruolo nello sviluppo dei circuiti corticali inibitori nelle aree sensoriali.

Non si conoscono i meccanismi molecolari di regolazione dei queste importanti funzioni cerebrali, in particolare la variazione di espressione dei geni a differenti età gestazionali. Il lavoro riporta questa analisi nel periodo critico dell’organogenesi del topo dal 15° giorno dal concepimento all’56° giorno postnatale.

Dai profili di espressione ottenuti vengono proposte altre funzioni delle cellule della zona sottoplacca oltre a quelle note e la rilevanza dell’espressione di alcuni geni espressi in modo specifico in tale zona che sono associati a alcune patologie neurologiche, come l’autismo (geni Atp6a2, Cadps2, Cdh10, Cdh18, Cdh9, Gabra5, Nrxn1, Plp1, Prss12, Sema5a, Tppp) e la schizofrenia (Apoe, Dbi, Ddr1, Drd1a, Fn1, Gad1, Insig2, Notch2, Nr4a2,Slc1a2)(vedi https://molnar.dpag.ox.ac.uk/subplate/).

MALATTIE MITOCONDRIALI

Loss-of-function mutations in MGME1 impair mtDNA replication and cause multisystemic mitochondrial disease. Nature Genetics 2013;45:214. Identificazione con analisi esonica in una famiglia libanese, una italiana (MI) e una tedesca di mutazione del gene nucleare “orfano” MGME1 causa di Mitochondrial Dna Depletion Syndrome 11 (MIM #615084). Conclude il lavoro: il processamento del mtDNA mediato da MGME1 è essenziale per il mantenimento del genoma mitocondriale.

GENETICA CLINICA/UMANA

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Phenotypic impact of genomic structural variation: insights from and for human disease. Nature Reviews Genetics 2013;14:125. Nonostante le conoscenze derivate dall’applicazione delle tecniche genetiche di analisi delle varianti strutturali genomiche sappiamo ancora poco dell’impatto che hanno nella diversità fenotipica e nelle malattie dell’uomo. In questa bellissima revisione si prosegue (leggetevi l’articolo

Gene Copy-Number Alterations: A Cost-Benefit Analysis. Review. Cell 2013;152:394, citato nella selezione di Gen 2013, altrettanto bello) nel tentativo di comprendere a livello molecolare e cellulare il fenotipo risultante. Bella e sintetica la Fig. 1 della classificazione delle varianti strutturali e di come si producono (ho conosciuto un termine nuovo: i cromosomi “in crisi” Chromothripsis). Sono analizzate le conseguenze molecolari delle varianti strutturali, la rilevanza del dosaggio genico, i meccanismi che dal genotipo portano al fenotipo con un processo a tappe di stretta regolazione genica e di controllo e di retroazione (feed-back). Di come è stato possibile riconoscere il ruolo di un gene sul fenotipo analizzando il segmento di minima sovrapposizione nelle delezioni (l’esempio di KANSL1 dove però l’A cita il lavoro degli olandesi e non quello degli italiani), e molto altro, tra cui i modelli animali delle anomalie strutturali. Molto utile: in bibliografia alcuni lavori sono commentati.

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Data barriers limit genetic diagnosis. News in Focus. Nature 2013;494:156. Sottotitolo promettente: “Tools for data-sharing promise to improve chances of connecting mutations with symptoms of rare diseases” (sottotitolo personale: esomiamo, gente, esomiamo, e condividiamo i risultati, ndr).

Comincia all’americana con una storia (vera, credo) di un b. (Harrison Harkins) con una sindrome malformativa (deficit di crescita e anomalia della colonna) in cui il “biologo computazionale” trova con l’esoma una mutazione del gene ASXL3. Non ci sono descrizioni in letteratura di questo gene e allora il biologo “networked” (simpatico neologismo, ndr) e viene sapere che in Germania stanno studiando un altro b. con mutazione dello stesso gene e che ci sono altri due casi simili nel Baylor database. Li pubblicano (De novo truncating mutations in ASXL3 are associated with a novel clinical phenotype with similarities to Bohring-Opitz syndrome. Genome Med. 5, 11; 2013). Da notare che il fenotipo non è costante né caratteristico. Il gene fa parte della famiglia sex comb-like (ASXL) che forniscono una complessa regolazione dell’adipogenesi con modulazione del’attività PPARY, che regola il deposito degli acidi grassi e il metabolismo del glucosio. Mutazioni del gene ASXL1, repressore di molti geni, causano una sindrome già descritta, la sindrome Oberklaid-Danks (o s. Bohring-Opitz o s. C-like)(MIM #605039) con fenotipo in parte simile. Questa storia ci dice che è sempre più necessario, con l’applicazione di queste nuove tecniche, condividere i risultati ottenuti, se queste rimangono confinate al laboratorio come se ne può interpretarne l’effetto clinico? Vi sono varie iniziative ostacolate però dal problema della privacy (vedi precedenti Spigolature e Articoli Interesse) e dal tempo richiesto al laboratorio per aggiungere i nuovi dati al database come ClinVar (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/intro/)(visitatelo, interessante, ndr) o Cafe Variome (http://www.cafevariome.org/) definito più che un database un “shop window”, con un scambio protetto di info tra laboratori ma non di dati clinici, purtroppo. Finale significativo: “His (del Biologo computazionale) team’s final diagnosis came just a month before Harrison died last March, at the age of 9 months”. Che commenta “If you spent 15 minutes with the parents of any of these children, you would know that everyone should be doing this. This is going to help a lot of people at really low cost”.

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Unveiling the genetic code’s hidden hierarchy. PNAS 2013;110:1971. Quello che noi conosciamo come “degenerazione del codice genetico” cioè la sua ridondanza che interessa 18 aminoacidi su 20 (la leucina ad es. è codificata da 6 diversi codoni) porta a credere che l’uno vale l’altro. Nel lavoro sullo stesso fascicolo (Environmental perturbations lift the degeneracy of the genetic code to regulate protein levels in bacteria, stesso fascicolo pg 2419) si è voluto indagare se la degenerazione del codice genetico possa essere influenzata da cambiamenti ambientali e come questa influenza può fornire una strategia generale di adattamento della sintesi proteica a cambiamenti ambientali.

Sono state prodotte in E. coli varianti della proteina del giallo fluorescente e ogni variante conteneva una mutazione di codoni sinonimi che specificano per un singolo aminoacido. L’espressione proteica di queste varianti è risultata considerevolmente diversa (anche di 100 volte) con una chiara gerarchia dei vari codoni sinonimi in ambiente povero di nutrienti, ma non in ambienti ricchi di nutrienti in cui l’espressione era uguale. E queste differenze in ambiente povero erano direttamente proporzionali al numero di codoni sinonimi per aminoacido, come se in generale il grado di degenerazione fornisca un più ampio spettro di risposta a perturbazioni ambientali.

The heritability of human disease: estimation, uses and abuses. Nature Reviews Genetics 2013;14:139.

Nello studio dell’eredità delle malattie si cerca sempre di sapere quanta parte della variabilità fenotipica dipenda dalle differenze genetiche tra individui e quanta parte dipenda dall’ambiente. L’ereditabilità è la parte di variabilità dovuta a differenze genetiche, cioè la proporzione della distanza di un fenotipo dalla media attribuibile ai geni. La stima dell’ereditabilità, quindi della componente genetica, è malattia-specifica e può essere utile per stimare la probabilità di ricorrenza del fenotipo nella famiglia.

La review, di non facile lettura, sottolinea che sebbene l’ereditabilità sia molto citata (circa 16.000 citazioni nel Web of Science), rimane controversa la sua entità per molte condizioni.

Inactivation of the microRNA-183/96/182 cluster results in syndromic retinal degeneration. PNAS 2013 Published on line:e507. MicroRNA sono una classe di piccoli RNA non codificanti a singolo filamento che regolano la stabilità e la traduzione dei mRNA. Hanno un ruolo importante nella morfogenesi retinica di tutte le specie e hanno un’alterata regolazione nella retina di topi con degenerazione retinica. Un cluster di miRNA (183/96/182) è espresso in tutti i recettori retinici e nel foglietto nucleare retinico. Questo cluster determina una importante modificazione di espressione di geni nella retina con particolare riguardo a geni importanti per varie funzioni, come la sinaptogenesi e la trasmissione sinaptica, la morfogenesi dei fotorecettori e altre funzioni sottolinenadone il suo ruolo nella differenziazione funzionale postnatale e nella connettività sinaptica dei fotorecettori. Utilizzando un modello murino si è visto che la sua inattivazione comporta un’alterazione di tutte queste funzioni con anomalie scotopiche e fotopiche e degenerazione progressiva retinica. Questi animali hanno una sindrome che clinicamente ricorda la s. Usher.

Retinal degeneration depends on Bmi1 function and reactivation of cell cycle proteins. PNAS 2013 Published on line: E593. Le retiniti pigmentose (RP) sono un gruppo molto eterogeneo di malattie genetiche con circa 200 geni coinvolti (https://sph.uth.edu/RetNet/sum-dis.htm). Un modello murino di RP (Rd1) ha una mutazione di un gene (Fosfodiesterasi 6beta)(le fosfodiesterasi sono enzimi coinvolti nella trasduzione di segnale) specifico dei bastoncelli, mutato nel 5% dei pz con RP, che comporta perdita dei bastoncelli e conseguentemente della visione notturna. La delezione di un nucleotide ciclico (cyclic nucleotide channel-b1 (CNGB1) nel topo Rd1 comporta un recupero dei fotorecettori.

Nel lavoro si sono ricercati nel modello murino e nei pz con RP geni che partecipano alla degenerazione retinica testando il potenziale ruolo dei regolatori del ciclo cellulare nella morte dei fotorecettori, tra cui una proteina della famiglia Polycomb, che sono complessi proteici formati da molte proteine indipendenti, Bmi1. La sua delezione nel tRd1 è associata alla sopravvivenza dei fotorecettori e a un miglioramento della funzione retinica. Un possibile bersaglio terapeutico non solo per la RP.

An AT-Hook Domain in MeCP2 Determines the Clinical Course of Rett Syndrome and Related Disorders. Cell 2013;152:984. Commento di Alessandra Renieri: il team di HY Zoghbi (Houston, TX), che ha scoperto il gene Rett, propone un'interessante associazione genotipo-fenotipo (il gene è stato scoperto dal nostro Maurizio D'Esposito nel 1996, il gruppo di Houston ha associato le mutazioni nel gene alla malattia nel 1999). Mutazioni che troncano la proteina dopo (in posizione 273) conferiscono maggior sopravvivenza nel modello murino rispetto a quelle che troncano la proteina pochi aa prima (posizione 270), pur distruggendo in entrambi i casi il noto dominio funzionale di "repressione trascrizionale" che va da 201 a 310. Gli AA notano che proprio in quei pochi aa è situato un dominio proteico chiamato AT-hook costituito da aminoacidi basici che serve per consolidare il legame al DNA che MECP2 ha attraverso il suo dominio MBD posizionato più a monte (modellando la struttura della cromatina attraverso le sue capacità basiche). La perdita di questo dominio fa staccare ATRX dalla cromatina con successivi eventi a cascata. Questo lavoro spiega perché ci sono maschi con encefalopatia grave perinatale (hanno mutazioni troncanti prima di 270) e maschi con disabilità intellettiva X-legata (che hanno mutazioni troncanti più distali). Gli AA non accennano alla variante Zappella perché notoriamente gli americani non fanno diagnosi di queste forme (e dunque per loro non esistono) ma il ragionamento si potrebbe estendere applicandolo anche per la variabilità clinica nelle bambine Rett.

Reuse of public genome-wide gene expression data. Nature Reviews Genetics. Advance Online Publication | 1, Feb 2013. Quello che sappiamo dell’espressione genica lo sappiamo soprattutto per l’applicazione delle nuove tecniche (microarray, NGS) i cui risultati sono memorizzati in archivi pubblici, disponibili “to every biologist” (non solo, ndr). Nella review viene sottolineata questa opportunità anche se vi sono ancora ostacoli nella preparazione e nell’analisi dei dati e nell’interpretazione dei risultati. Seguono raccomandazioni per migliorarne l’utilizzazione (così dice l’abstract, ndr). C’è una tabella dei database pubblici generali, di quelli con valore aggiunto (dove i dati sono estratti in modo da rispondere a quesiti specifici, come e dove un gene è particolarmente espresso, o nello stato normale o in una malattia) di quelli focalizzati e di quelli integrativi con i relativi indirizzi web.

Più complesse sono le risorse richieste per mantenerle. Viene citato il progetto ELIXIR (http://www.elixir-europe.org/)( pan-European research infrastructure for biological information) che è un modo per assicurare che le risorse di singoli gruppi di ricerca non si disperdano e siano utili alla comunità.

Timothy syndrome is associated with activity-dependent dendritic retraction in rodent and human neurons. Nature Neuroscience 2013;16:201. 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)(vedi Articoli interesse 11/2012 “Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome” Nature Medicine 2012;17:1657)( e in Articoli interesse 1/2012 “Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome”. Nature Medicine 2011;17:1657 e commento “Getting with the reprogram” Nat Rev Neuroscience January 2012;13). La mutazione responsabile della sindrome determina la sostituzione glicina-arginina nel primo (dei 3) ripiegamenti (loop) intracellulari di Cav1.2 che ne altera la capacità di inattivazione voltaggio e Ca-dipendente. La funzione principale di Cav1.2 è quella di regolare l’affinamento dendritico come risposta all’attività elettrica, con le ramificazioni dendritiche che sono essenziali per i circuiti neuronali che sono alla base dei processi cognitivi

Nel lavoro ora si dimostra che la mutazione della s. Timothy produce in vitro una retrazione dei dendriti quando sono stimolati elettricamente e in vivo (topo KO del gene Timothy) un’alterazione dell’arborizzazione dendritica dei neuroni. Lo stesso si osserva nelle cellule iPSC neuronali e la retrazione dendritica non dipende dal flusso ci calcio nel canale. L’alterazione di conformazione della proteina mutata attiva il pathway di segnale Rho tramite la proteina Gem del complesso delle proteine G con retrazione dendritica in risposta all’attività elettrica. Informazioni utili per capire la fisiopatologia della s. Timothy e dell’autismo.

Compacting the heart with Notch. Nature Medicine 2013;19:123. News & Views

Mutations in the NOTCH pathway regulator MIB1 cause left ventricular noncompaction cardiomyopathy. Pg 193. Il miocardio non compatto (MNC) o “spongioso” è una rara miocardiopatia congenita caratterizzata da alterazioni strutturali parietali del miocardio da arresto intrauterino della compattazione delle fibre miocardiche. Il MNC del ventricolo sn (LVNC) è stato solo recentemente (2006) classificato come una miocardiopatia genetica specifica la cui identificazione è stata favorita dalle tecniche di cardio-immagini. Può essere isolato o associata a altri difetti cardiaci o a malattie neuromuscolari. Può essere asintomatico o associata a frequenti complicazioni come aritmie, fenomeni trombotici e arresto cardiaco o provocare perogresiva insufficienza del ventricolo sn e richiedere il trapianto di organo. E’ spesso familiare, e il primo gene malattia è stato il gene TAZ della sindrome Barth (Cardioskeletal myopathy with neutropenia and abnormal mitochondria 3-methylglutaconic aciduria, type II, MIM #302060) e poi in altri geni (LVNC1-LVNC 6)(vedi MIM #604169). Nei bambini la trasmissione è in genere AR, negli adulti AD. Nel lavoro la novità è che si va dal topo all’uomo. Nel topo mutazioni miocardio specifiche del gene Mib1 riduce l’attività di Notch1 e provocano l’arresto di sviluppo trabecolare miocardico con effetto LVNC e nell’uomo (su 100 persone di derivazione spagnola, di cui 48% familiari) sono state trovate 2 mutazioni, una missenso e una non senso, del gene MIB1. Il pathway di segnale NOTCH (la cui proteina è un recettore transmembrana componenti essenziale della cascata di segnali Delta/Notch) è quindi una causa principale di LVNC. Il modello animale generato sarà utile per capire i meccanismi patogenetici e verificare possibili terapie.

Studying arrhythmogenic right ventricular dysplasia with patient-specific iPSCs. Nature 2013;494:105 (tra gli AA anche italiani del centro Telethon Dulbecco di Roma). La displasia/cardiomiopatia del ventricolo ds (ARVD/C) è una malattia ereditaria caratterizzata da patologica infiltrazione adiposa con perdita (apoptosi) di cardiomiociti del ventricolo ds, che è associata a aritmie ventricolari anche letali. La malattia è dovuta a mutazioni di uno dei geni del desmosoma (giunzione specializzata che si forma fra le cellule all’interno dei tessuti e che consente a gruppi di cellule di funzionare come unità strutturali) cardiaco che comprende PKP2 (oltre 50% dei casi), DSP, desmogleina-2 and desmocollina-2.

I processi patogenetici che portano alla displasia sono poco conosciuti perché la diagnosi avviene tardivamente (età media 26 anni) o come riscontro autoptico e perché la biopsia cardiaca nei casi sintomatici comporta il rischio di perforazione. E i modelli animali non sono idonei. Questo limita le conoscenze che potrebbero portare a una specifica terapia. Si è quindi sviluppato un modello in vitro usando cellule staminali pluripotenti (iPSC) da fibroblasti di pz; lo studio riguarda quindi cellule iPSC di 2 pz con mutazione PKP2 (placofilina 2). L’analisi in vitro, in varie condizioni patogene, dimostra che è possibile la riprogrammazione dei fibroblasti con la mutazione in cellule staminali totipotenti e che è possibile accelerare il meccanismo patogenetico in particolari condizioni patologiche. Questo modello ricapitola gli aspetti patognomonici della patologia aprendo la strada per la comprensione delle varie tappe patogenetiche e infine per l’identificazione di una specifica terapia.

Stickler syndrome associated with congenital glaucoma. Lancet 2012;381:422. Descrizione di un caso, in modo esemplare, all’inglese. Bambina di 1 mese inviata per opacamento corneale, difficoltà di alimentazione, palatoschisi, glaucoma (con inserzione anomalia dell’iride). Obiettivamente brachicefalia, pseudo-proptosi (chi la sa distinguere dalla vera proptosi? Ndr), ponte nasale piatto, narici anteverse, micrognazia e deficit uditivo. La valutazione ortopedica specifica che è presente anche una lieve displasia spondilo-epifisaria. La diagnosi è fatta: s. Stickler, (malattia AD di oftalmo-artropatia ereditaria progressiva da mutazione dei geni COL2A1 (MIM #108300), COL11A1 (MIM #604841) o COL11A2 (MIM #) con glaucoma (descritto). La diagnosi precoce è importante per il management, che, per la complessità fenotipica, richiede un intervento multidisciplinare.

Mutation of the ATP-gated P2X2 receptor leads to progressive hearing loss and increased susceptibility to noise. PNAS 110:2013;2228. Le cause genetiche di sordità sono molte con più di 60 geni malattia individuati e altri 100 mappati (http://hereditaryhearingloss.org). La presbiacusia (oltre 40% delle perone >65 anni) e le ipoacusie da rumore hanno, oltre a una componente ambientale, anche una genetica. Il gene della DFNA41 (MIM %608224)(ipoacusia bilaterale simmetrica con tinnito a inizio sui 12-20 anni, progressiva con successivo interessamento di tutte le frequenze) era stato localizzato in un segmento di 4.8 Mb, contenente almeno 34 geni, ora è stato individuato (P2RX2) in una famiglia cinese di 6 generazioni con NGS. E confermato in una famiglia su 65 con ipoacusia AD. Il topo KO per P2RX2 ha sordità grave progressiva sensibile come gravità e epoca di insorgenza ai rumori, come succede anche nelle famiglie identificate in cui l’esposizione ai rumori determina sordità in età adolescenziale. Il prodotto di questo gene quindi svolge un ruolo importante nel mantenimento della funzione uditiva è di protezione dai danni uditivi da rumore.

Structure–phenotype correlations of human CYP21A2 mutations in congenital adrenal hyperplasia. PNAS 2013;110:2605.

Genotype–phenotype correlation in 1,507 families with congenital adrenal hyperplasia owing to 21-hydroxylase deficiency. PNAS 2013;110:2611.

Correlazione genotipo-fenotipo nella iperplasia congenita surrenalica da deficit di 21-idrossilasi (MIM #201910). La caratterizzazione molecolare consente di predire il fenotipo clinico e la gravità della malattia in base alle alterazioni prodotte dalla mutazione sulla struttura dell’enzima. Quindi un migliore counseling e una più appropriata assistenza.