Spigolature Genetica Clinica/Umana Luglio 213. Romano Tenconi

Raccolta e brevi commenti di articoli di Genetica Medica e Umana e di interesse generale del mese di Luglio  2013 (Spigolature) che hanno attirato la mia attenzione o curiosità, pubblicati nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Neuroscience, Nature Biotechnology, Nature Genetics, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neuroscience, NEJM, PNAS, Science, Cell.

BIOLOGIA –  GENETICA

DNA transplants. Nature 2013;499:10. Il 28 Giugno il governo UK pubblicherà la bozza delle line guida per il trapianto di DNA per la prevenzione delle malattie mitocondriali che verranno messe a disposizione del pubblico e poi discusse in Parlamento nel 2014 (se non ho capito male riguarda il sistema “three-parent baby”) (Nuclear genome transfer in human oocytes eliminates mitochondrial DNA variants. Nature 2013;493:632)(articoli interesse Gen 2013 e precedenti).

Stesso argomento: sostituzione del patrimonio mitocondriale. Le critiche:

A slippery slope to human germline modification. Nature 2013;499:127. A personal take on events ( Marcy Darnovsky). Sottotitolo: The United Kingdom’s decision to trial the technique of mitochondrial replacement is premature and ill-conceived. La sostituzione mitocondriale supera una linea che eticamente e legalmente  la comunità internazionale considera non superabile, che è quella di una modificazione germinale, cioè una manipolazione dei gameti o embrioni precoci e quindi una manipolazione delle caratteristiche dei futuri bambini, perché il DNA mitocondriale è parte integrante dell’individuo. E’ una porta aperta alla manipolazione intera germinale liberalizzando l’eugenetica high-tech. Le intenzioni sono condivisibili perché si vogliono prevenire patologie che interessano 1:5000 affetti (non 1:200 come riportato dalla UK Human Fertilisation and Embryology Authority), ma ci sono alternative più sicure come la diagnosi genetica preimpianto e la donazione di cellule uovo con IVF convenzionale. E poi va verificato se veramente la tecnica, per ora verificata nella sua parte iniziale, sia priva di pericoli per il futuro nato. C’è stato una sorta di referendum pubblico della tecnica (vedi Spigolature precedenti) e, contrariamente a quanto riportato, buona parte di chi ha risposto è contrario. Saranno presentate a breve in UK le linee guida per la sua applicazione e ricercatori americani chiederanno alla FDA l’approvazione. L’A conclude scrivendo che il beneficio, se va bene, sarà per pochissimi per una decisione così basilare per la nostra società. Chiede una moratoria per la procedura.
Vedi anche http://scim.ag/UKmito

Genomic and epigenetic insights into the molecular bases of heterosis. Nature Reviews Genetics 2013;14:471. Eterosi: incrocio tra individui non consanguinei che produce un ibrido di prima generazione che manifesta il fenomeno del vigore dell’ibrido, cha ha caratteristiche fenotipiche particolarmente vigorose (aumento di statura, maggiore fertilità, particolare resistenza alle malattie). Fenomeno comune nei vegetali e negli animali, con basi molecolari non note. Studi di trascrittomica, proteomica, metabolomica e epigenomica hanno fornito alcuni nuovi dati come l’evidenza di interazione allelica dei genomi parentali nell’ibridio che inducono a modificazioni di attività di geni che promuovono la crescita, la tolleranza allo stress e la fitness.

Utile non solo per capire i meccanismi genetici e epigenetici per migliorare la produzione di piante o animali ma anche potenzialmente per migliorare la salute dell’uomo (no a “moglie e buoi dei paesi tuoi? ndr).

Southern Europeans’ genetic diversity explained by gene flow from North Africa. PNAS 2013;110:11663.

Commento di un articolo (Gene flow from North Africa contributes to differential human genetic diversity in southern Europe. Pg. 11791) sul fatto che rispetto alla popolazione nord europea, la popolazione del sud Europa è maggiormente genetica eterogea. Questa differenza potrebbe essere dovuta, in base all’analisi del mtDNA e del DNA degli autosomi, a un flusso di popolazione dall’Africa sub shariana all’Europa. Lo studio in questione, partendo dalla semplice constatazione geografica (il deserto del Sahara è una barriera naturale e la vicinanza e gli scambi anche commerciali tra nord Africa e sud Europa) e mediante l’analisi SNP di popolazioni del nord Africa e dell’Europa meridionale trova che sia stato sottovalutato la comunanza ancestrale tra nord Africa, soprattutto delle popolazioni del Maghreb (Marocco,Tunisia, Algeria), che è la parte nord ovest dell’Africa, piuttosto che dell’Africa sub sahariana, e sud Europa (oltre il 20% del genoma del sud Europa). Inoltre le recenti migrazioni dal nord Africa hanno contribuito sostanzialmente alla più alta differenza genetica in sud Europa. Queste osservazioni hanno rilevanza sul rischio di varianti genetiche per molte malattie, esclusa la sclerosi multipla, il cui rischio sembra più elevato per la popolazione nord Africana.

CELLULE STAMINALI

Opportunities and challenges of pluripotent stem cell neurodegenerative disease models. Nature Neuroscience 2013;16:780. La difficoltà di studiare le malattie neurodegenerative consiste soprattutto nel difficile accesso al tessuto interessato dalla patologia. Le tecniche che usano le cellule totipotenti che consentono ora di produrre neuroni con e senza la mutazione predisponente alla patologia rivoluzionando il campo dei modelli di malattie umane in vitro. Nella review vengono presentati gli attuali ostacoli nell’uso delle cellule staminali per lo studio delle malattie neurodegenerative e le strategie per superarli.
Bellissime immagini (perfette per lezione). In Tab. le strategie di studio per l’Alzheimer, Huntington, Rett,  Lesch-Nyhan, Parkinson, Atrofia Muscolare Spinale.

A new route to human embryonic stem cells. Nature Medicine 2013;19:820. Community corner con 3 pareri sulla possibilità ora reale di “clonaggio terapeutico” nell’uomo tramite produzione di cellule staminali geneticamente identiche al nucleo di una cellula somatica postnatale inserito in un oocita senza DNA nucleare per ottenere tessuti trapiantabili (SCNT-ESC)(Human Embryonic Stem Cells Derived by Somatic Cell Nuclear Transfer. Cell  153:1228 con commento Cloning human embryos. Nature 2013;498:174) (vedi Spigolature del Giugno 2013). Le cellule staminali totipotenti indotte (iPSC), a differenza delle SCNT-ESC, hanno gli organelli e i mitocondri della cellula donatrice, ma la loro riprogrammazione costa molte settimane, mentre quella delle cellule SCNT-ES poche ore. Un parere sottolinea quanto già commentato in Nature, della natura ancora sperimentale di SCNT-ES, e gli aspetti pratici (verranno pagate le donatrici?) e etici. Un secondo sottolinea che le iPSC possono portare limitate ma possibilmente dannose anomalie marcature epigenetiche per la riprogrammazione cellulare indotta in regioni centromeriche e telomeriche. E’ tempo di rivalutare l’opportunità delle restrizioni attualmente imposte in USA per le ricerche sugli embrioni.

Il terzo parere sottolinea l’utilità di questo secondo metodo per la riprogrammazione di cellule somatiche a uno stato pluripotente. L’A auspica un confronto scientifico delle due tecnologie per produrre cellule staminali totipotenti, per verificare quale delle due sia più sicura e efficace (ci sono elementi per temere che le iPSC possano mantenere nell’uomo differenze derivate dal tessuto di origine).
L’efficienza dei due sistemi è diversa: 35% per SCNT-ESC e 0.1-1% per iPSC. Capire come l’oocita riprogramma il nucleo somatico vorrà dire migliorare le tecniche per produrre PSC.

SPERIMENTAZIONI CLINICHE - TERAPIE

Candidate drug for ALS. Nature Genetics 2013;45:722. Commento di un articolo (non ho il pdf)(A Small Molecule Screen in Stem-Cell-Derived Motor Neurons Identifies a Kinase Inhibitor as a Candidate Therapeutic for ALS. Cel Stem Cell 2013;12:713) in cui si precisa che è in approvazione una nuova terapia per ALS (mentre la sperimentazione clinica in fase III di altri due nuovi composti non ha dato I risultati sperati). Nel lavoro si riporta l’utilità della tecnica usata per identificare nuovi farmaci da testare poi in sperimentazione. Gli AA hanno individuato un inibitore GSK-3 (serina/treonina protein-chinasi), Kenpaullone, che agisce come inibitore chinasico risultato efficace in esperimenti in un modello di topo ASL (portatore della mutazione umana SOD1^G93A) e in vitro nell’uomo (migliora la sopravvivenza di motoneuroni differenziati da iPS di pz con ALS).

A Phase 3 Trial of Semagacestat for Treatment of Alzheimer’s Disease. NEJM 2013;369:341. Il meccanismo patogenetico della m. Alzheimer sembra essere l’accumulo di aggregati di beta-amiloide (Aβ) nella corteccia cerebrale e nell’ippocampo. Questa proteina è scissa dal precursore (APP) per l’azione in sequenza di β e γ secretasi che producono frammenti che includono Aβ1-40 and Aβ1-42, il cui accumulo si ritiene legato alla progressione della malattia. Quindi le due secretasi sono potenziali bersagli terapeutici utilizzando con piccole molecole inibitorie. Ma anche Notch e altre proteine di membrana sono substrati della γ secretasi e Notch, le cui note funzioni sullo sviluppo embrionale, ematopoiesi, adesione cellulare e contatti tra cellule consigliano cautela nel loro uso. La Eli Lilli ha prodotto un inibitore di γ secretasi (Semagacestat) che in vitro e in vivo nel topo transgenico sembra avere effetto di ridurre la sintesi di Aβ e l’accumulo nel cervello e nel sangue, con un effetto di inibizione funzionale dell’enzima e non di inibizione competitiva dei suoi siti attivi.

Ora vengono presentati i risultati di fase 3 (studio multicentrico per confermare l’efficacia, puntualizzare la dose, valutare il valore terapeutico, definire bene efficacia-sicurezza, ovviare alla variabilità individuale)(wiki). Risultati (onestamente presentati): rispetto ai controlli nessun miglioramento cognitivo, in quelli a alte dosi peggioramento delle capacità funzionali; effetti indesiderati anche gravi (cancro e infezioni).

PER I PEDIATRI E PER ALTRI SPECIALISTI (Neurologi, Ostetrici, Cardiologi, Psichiatri, ORL, Medici della riproduzione, Patologi ecc.)

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Post-mortem diagnosis: evolving a team approach.  Lancet 2013;382:186. Commento dell’articolo sullo stesso fascicolo (Post-mortem MRI versus conventional autopsy in fetuses and children: a prospective validation study. Pg. 223)(vedi anche Post-mortem imaging and autopsy: rivals or allies? Lancet 2012;379:100 e l’articolo che paragona l’informatività diagnostica dell’autopsia con quella dell’analisi con immagini (TAC o RM) whole-body dopo il decesso (Post-mortem imaging as an alternative to autopsy in the diagnosis of adult deaths: a validation study Lancet 2012;379:136). L’inizio del comment è scioccante: “The decline in autopsy rates in the past four decades in developed countries (to less than 5% in the USA) has paralleled continued discrepancies between clinical and autopsy diagnoses of up to 20–30%”. Perchè? Mancano i fondi, eccesso di fiducia nella diagnosi clinica e di lab., ridotta professionalità di chi fa autopsie (nel caso di feti è verissimo, ma dipende anche dalle sedi, ndr), mancanza di standardizzazione, riluttanza delle famiglie a consentire all’autopsia (questo dipende anche dalle leggi delle varie nazioni). Ci si è quindi orientati a tecniche meno invasive. Lo studio vuole proprio confrontare l’applicazione di tecniche non invasive (MRI con immagini tridimensionali, 90 m’ per feti e 60 m’ per neonati) o minimamente invasive con prelievo di sangue per test metabolici e genetici e esame della placenta con l’autopsia classica per confermare o meno la diagnosi clinica. La concordanza con la sola MRI è stata del 55.5% in 400 casi, con la mini invasiva sale a quasi al 90% con grosse variazioni per l’età del soggetto (del 96% per feti, 81-85% neonati e primo anno, 54% per b. tra 1-16 anni in cui le cause possono non essere identificabile se non con l’autopsia (malattie acquisite,  specialmente miocardite, polmonite, sepsi). Lo studio conferma quindi che la classica autopsia non è sostituibile in molte comuni cause di morte in cui l’istologia è fondamentale per la specifica diagnosi di molte malattie neoplastiche, infettive e infiammatorie e anche per l’identificazione di cause non naturali (asfissia, farmaci, tossine). Come conclusione vi è la necessità di costituire un gruppo multidisciplinare (patologo, radiologo, biologo)(manca il clinic e, soprattutto il genetista clinico perché sappiamo che le cause di morte in epoca precoce sono molto spesso genetiche, ndr) che decida quale procedura applicare, con la collaborazione dei familiari (ai quali va prospettata la possibilità di prevedere la ricorrenza, ndr).

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Interfering with Gal-1–mediated angiogenesis contributes to the pathogenesis of preeclampsia. PNAS 2013;110:11451. La gravidanza comporta un’importante sfida al sistema immunitario e cardiovascolare della madre. Infatti com’è tollerato ad es. da una donna immunologicamente sana un trapianto semiallogenico, come il prodotto del concepimento, per ben 9 mesi senza un rigetto immunitario? (vedi Inducing Tolerance to Pregnancy. Clinical implications of basic research. NEJM 2012;367:1159)(Spigolature Set 2012). Per il sistema vascolare si produce una sequenza di eventi che vanno dall’angiogenesi nell’interfaccia materno-fetale a modificazioni arteriose della decidua placentare, le cui alterazioni portano alla pre-eclampsia, che comportano alla madre ipertensione arteriosa, proteinuria, segni di infiammazione sistemica, anomalie endoteliali e deficit di crescita fetale. Le complicazioni non terminano con il termine della gravidanza ma comportano un rischio cardio-vascolare a lungo termine sia per la madre che per il bambino. Nonostante la frequenza di pre-eclampsia nella seconda metà della gravidanza e le complicazioni materne e del prodotto del concepimento poco si sa del meccanismo patogenetico di questa patologia vascolare con una eccessiva risposta infiammatoria materna. La Galectina-1 (Gal-1), è un componente della famiglia delle proteine leganti i carboidrati che modula sia il processo di placentazione (angiogenesi nella prima parte della gravidanza) che la tolleranza per gli antigeni fetali. Si dimostra che nel topo bloccando l’angiogenesi mediata da Gal-1 o deficit di LGALS1 (lectin, galactoside-binding, soluble, 1) si produce una condizione simile alla pre-eclampsia umana sregolando principalmente il processo di una corretta placentazione e di modificazione delle arterie spirali deciduali.
Nelle donne con pre-eclampsia, analogamente, si osserva in donne asintomatiche (non ipertensione, non proteinuria) in 22sg una significativa riduzione dei livelli sierici di Gal-1 (di 1.3 volte) in quelle che poi hanno sviluppato la pre-eclampsia. Questo lavoro quindi ha implicazioni sia patogenetiche, provando il ruolo di Gal-1 nella pre-eclampsia, che cliniche in quanto suggerisce la possibilità di un marcatore biologico di questa patologia prima della comparsa dei temibili sintomi (e forse di un modo per prevenirla, ndr).

MiR-200b and miR-429 Function in Mouse Ovulation and Are Essential for Female Fertility. Science 2013;341:71.  I meccanismi che inducono l’ovulazione sino relativamente noti e basati sugli ormoni dell’asse ipotalamo ipofisario e difetti di ovulazione (anovulazione) sono la principale causa di infertilità femminile. Nello studio di questi meccanismi gli AA hanno prodotto un topo doppio mutante per microRNA 200b (ben espresso nel testicolo murino con picco in 2 settimana di vita del topo e presente  anche successivamente) e microRNA429 (miRDKO) vicino e molto simile (microRNA sono molecole endogene di RNA non codificante, a singolo filamento, di 21-22 nucleotidi che silenziano l’espressione postrascrizionale di alcuni geni agendo sul regioni non tradotte (UTR). I maschi sono normali, le femmine invece sono subfertili o non fertili, con ciclo estrale è prolungato.

I due microRNA sono altamente espressi nell’ipofisi dove reprimono l’espressione di ZEB1 (Zinc finger E Boxbinding homeobox1). La loro ablazione inibisce la sintesi dell’ormone luteinico, mediante repressione della trascrizione della subunità-β del gene, con conseguente mancata ovulazione. Nei mammiferi quindi l’asse ipotalamo-ipofisario richiede l’azione di miR-200b e miR-429 per consentire l’ovulazione.

Chronic kidney disease: global dimension and perspectives. Lancet 2013;382:260 e Effect of fetal and child health on kidney development and long-term risk of hypertension and kidney disease. Lancet 2013;382:273.

Due articoli sull’insufficienza renale con prospettive, cure e fattori di rischio. Key messages: il basso peso alla nascita e la prematurità (10-15% nati vivi) sono fattori noti di rischio di ipertensione, proteinuria e malattia cronica renale in età adulta, di riduzione congenita del numero di nefroni con rischio di ipertensione e prediscosizione a malattie renali, il basso peso e la prematurità sono legati anche allo stato di salute della madre prima e durante la gravidanza, ma anche l’eccesso di peso neonatale è associato a anomalie non solo renali (diabete 2, m. cardiovascolare). In conclusione l’ottimizzazione della salute materna e del bambino attenua i rischi di patologie renali e patologie associate.

Genetic loss or pharmacological blockade of testes-expressed taste genes causes male sterility. PNAS 2013;110:12319. I membri della famiglia TASIR (da 3 a 5), recettori del gusto, e le proteine associate note come gustducine sono presenti nelle papille gustative della lingua (zucchero e amnioacidi), ma sono anche espresse anche nell’intestino, cervello, testicoli e liquido spermatico, senza che se ne conosca la funzione in questi organi. Gli AA trovano che TAS1R3 e la subunità α della gustducina GNAT3 sono altamente espressi nel testicolo e nello sperma dei topi. Per verificarne la funzione sono stati deleti ambedue i geni e questo ha comportato nel topo maschio infertilità (non nelle femmine) con spermatozoi anomali e immobili. In topi con doppia delezione di  Tas1r3 e di Gnat3 in cui è stato inserito il recettore umanizzato TAS1R3 si normalizza il senso del gusto per gli zuccheri, che viene bloccato da fibrati o erbicidi fenossiacetici, mentre questo blocco non avviene nei topi normali il cui gusto non risente di queste sostanze. Questi animali sono fertili. Ma se il recettore TAS1R3 viene inibito con un farmaco (clofibrato antilipidico) si ottiene una sterilità temporanea con spermatozoi malformati e non funzionali. In sintesi (con la tortura di questi animaletti, ndr) viene provato che i geni del gusto sono importanti per lo sviluppo e la maturazione degli spermatozoi.

Images in Clinical Medicine.

Congenital melanocytic nevus. NEJM 2013;369:264. Immagini da vedere e da tenere presente che “Patients with large congenital melanocytic nevi are at increased risk for melanoma and neurocutaneous
melanosis. Because of its malignant potential, surgical removal of such lesions in childhood should be considered”.

A Half-Red Baby. NEJM 2013;369:373. Comparsa improvvisa in 2-5^a giornata di vita di una colorazione rosso accesa della cute che interessa una parte del corpo mentre la cute dell’altra parte diventa bianca; l’effetto può durare pochi secondi o minuti e cessa dopo qualche settimana. Sembra sia dovuta a un’anomala dilazione dei vasi periferici da incomplete sviluppo ipotalamico.

Bilateral exudative retinal detachments in Sturge-Weber syndrome. Lancet 2013;382:256. Bambina di 11 anni con macchia vinosa (nevo flammeo, malformazione dei capillari) bilaterale al viso che presenta difficoltà progressiva della visione: distacco retinico bilaterale essudativo in pz con s. Sturge-Weber. Curata non con terapia chirurgica, controindicata, ma con fototerapia e terapia radiante.

MECCANISMI FISIOPATOLOGICI DI M. GENETICHE CON PROSPETTIVE DI TERAPIA

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Short telomeres, damaged hearts. Nature 2013;499:129. Commento di una articolo (Role of telomere dysfunction in cardiac failure in Duchenne muscular dystrophy. Foteini Mourkioti et al. Nature Cell Biology published online 7 July 2013) sulla relazione tra lunghezza dei telomeri e fenotipo Duchenne uomo e topo. I pz con DM Duchenne muoiono giovani per patologia cardiaca mentre i topi con mutazione del gene (mdx mice) hanno una normale attesa di vita e solo pochi segni. La lunghezza dei telomeri per motivi non noti differisce da specie a specie: nell’uomo è di 5-15 kb, nel topo >40 kb. Gli AA osservano che i topi con mancanza di distrofina e con telomeri corti per assenza di telomerasi (mdx/mTR^KO) hanno un decorso clinico simile all’uomo, come dilatazione ventricolare, disfunzione contrattile, e muoiono presto. Questi difetti cardiaci sono accompagnati da erosione telomerica, frammentazione mitocondriale e aumentato stress ossidativo, che costituisce un danno chimico associato alla brevità dei telomeri. Gli AA provano che questo danno ossidativo può essere corretto con antiossidanti. Analizzando il muscolo cardiaco di 4 pz con DM Duchenne è stato documentata in tutti nel tempo una considerevole riduzione di lunghezza dei telomeri (45%).
L’ipotesi patogenetica è che l’assenza di distrofina per la richiesta di contrazione determina l’aumento di stress ossidativo che causa l’erosione telomerica, che avviene sembra solo nei miocardiociti. Quindi un possibile marker prognostico e una possibile via terapeutica per prevenire le complicazioni cardiache, causa di morte precoce.

Circuit level defects in the developing neocortex of Fragile X mice. Nature Neuroscience 2013;16:903. Si ritiene che l’attività spontanea della corteccia cerebrale, presente senza stimoli esterni, sia importante per l’attenzione, la preparazione per la comparsa di stimoli sensoriali e altre funzioni cognitive necessarie per monitorare l’ambiente circostante. Questa attività spontanea è importante soprattutto nei periodi di plasticità neuronale dipendente dall’esperienza sensoriale  stimoli esterni come durante lo sviluppo. L’autismo, caratterizzato da alterata interazione sociale e capacità di comunicazione e da comportamenti ripetitivi e limitati, si ritiene sia dovuto a difetti di connettività cerebrale prodottisi nel corso dello sviluppo, con anomalie anatomiche e funzionali delle sinapsi. Ma poco è conosciuto in termini di anomalie dei circuiti cerebrali che possono più facilmente spiegare i deficit comportamentali e cognitivi nelle varie forme di autismo anche sindromico come nella sindrome Fragile X. Nel lavoro sono state studiate le immagini in vivo del calcio con la tecnica due-fotoni e alla EEG studiando l’attività neuronale nella corteccia somatosensoriale di topi normali e topi Fmr1^−/− (modello della s. Fragile X) cercando di rispondere a tre quesiti: ci sono differenze di desincronizzazione dell’attività elettrica cerebrale? Il topo mutante ha segni di ipereccitabilità? Il topo mutante ha difetti di sincronizzazione o di eccitazione neuronale nel sonno rispetto a quando è sveglio?

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Underconnectivity between voice-selective cortex and reward circuitry in children with autism. PNAS 2013;110:12060. Nell’autismo è stata documentata una scarsa sensibilità alla voce umana. Si riteneva che questo fosse dovuto al difetto del meccanismo di ricompensa e emozionale che impedisce ai bambini con autismo di rispondere alla voce. Per verificare questo aspetto sono stati studiati mediante fMRI cerebrale a riposo 20 bambini con autismo e 20 controlli (pari età e QI), in particolare della regione postero-superiore del solco temporale (pSTS), regione specifica per la voce umana. Nell’autismo è stata osservata: 1. una ridotta connettività nei b. con autismo tra la regione pSTS e il pathway del sistema dopaminergico di ricompensa, ridotta connettività direttamente correlata con la gravità del difetto di comunicazione; 2. una ridotta connettività tra l’emisfero ds  pSTS, deputato alla cadenza e all’intonazione della parola, e le regioni cerebrali dell’apprendimento associativo legato all’emozione. La ridotta connessione tra parola e centri di ricompensa impedisce ai b. con autismo di apprezzare il piacere della parola influenzando lo sviluppo delle loro capacità comunicative (conclusione molto plausibile, ndr).

Second Cistron in CACNA1A Gene Encodes a Transcription Factor Mediating Cerebellar Development and SCA6. Cell 2013;154:118.  I canali del calico voltaggio-dipendenti codificano una serie di proteine (subunità alfa1) coinvolte nella eccitabilità neuronale, nel rilascio del neurotrasmettitore, contrattilità muscolare e espressione genica. Varie malattie genetiche neurologiche, cardiache e muscolari sono dovute a mutazione di uno di questi canali, come mutazioni con perdita o acquisizione di funzione del gene CACNA1A causano emicrania, epilessia e atassia. L’atassia spinocerebellare 6 (MIM #183086) è causata dall’espansione di una tripletta CAG (19-33 ripetizioni mentre l’allele normale ne ha da 4 a 18) dell’esone 47 di CACNA1A, con meccanismi patogenetici non ancora chiariti. Il tratto C terminale di CACNA1A, dove si produce l’espansione, è stabile nelle cellule coltivate e nelle cellule cerebellari e, quando espanso, ha effetti tossici.

Nel lavoro si dimostra che il gene coordina l’espressione genica utilizzando un mRNA bicistronico con due differenti funzioni: il primo cistrone codifica la subunità α1A canale del calcio, il secondo esprime un fattore di trascrizione, α1ACT, che coordina geni coinvolti nello sviluppo dei neuroni e delle cellule Putkinje e che contiene il tratto poliglutamminico che, quando espanso, causa SCA6; quando è espresso come polipeptide indipendente e quando contiene il tratto espanso perde la capacità trascrizionale causando in coltura la morte cellulare e, in vivo nel topo transgenico, è causa di atrofia cerebellare e atassia. Una possibile via terapeutica.

The mTOR pathway negatively controls ATM by up-regulating miRNAs. PNAS 2013;110:11869. L’instabilità genomica è tipica delle cellule del cancro. Il gene di Atassia-telangiectasia, ATM, che quando mutato causa questa malattia (MIM #208900), controlla il checkpoint del ciclo cellulare e promuove l’arresto del ciclo, il riparo del DNA e la morte cellulare da apoptosi in risposta a agenti genotossici. Uno dei meccanismi con cui ATM previene lo sviluppo di tumori è l’inibizione del segnale mTOR (mammalian Target Of Rapamycin) alla convergenza dei pathway RAS-MAPK e AKT (vedi Nature Genetics 2012;44:928 e Nature Genetics 2012;44:934)(Selezione articoli Agosto 2012). Il prodotto del gene soppressore di tumore TP53 ha un ruolo fondamentale tra il segnale mTORC1 (uno dei complessi della chinasi mTOR) e il checkpoint ATM, dopo l’attivazione di ATM TP53 induce l’espressione di regolatori negativi a monte di mTORC1, tra cui PTEN, AMPK1β e TSC2 (Tuberina)(quando mutata causa Sclerosi Tuberosa, MIM #613254) che inibiscono il segnale mTORC1. Quindi ATM regola negativamente il segnale mTORC1 in risposta a  stress cellulare come un danno del DNA e l’ipossia. Nel tessuto tumorale (sarcoma) pediatrico si è osservato che mTOR è in grado a sua volta di inibire l’espressione di ATM. Nel lavoro si dimostra una retroregolazione del checkpoint ATM da parte di mTORC1 tramite una sopraregolazione di miRNA-18a e miRNA-421.

Questo avvalora l’ipotesi che sia richiesta la sottoregolazione del checkpoint del danno del DNA perché le cellule tumorali superino il meccanismo di risposta e possano proliferare.
Vedi anche:
mTORC1 Phosphorylation Sites Encode Their Sensitivity to Starvation and Rapamycin. Science 2013;341:364.

MODELLI ANIMALI

MST1 functions as a key modulator of neurodegeneration in a mouse model of ALS. PNAS 2013;110:12066. La Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS)(una delle malattie più studiate, vedi Selezione articoli Aprile 2013: La ALS è stata oggetto di recenti ricerche (alcune segnalate in numerosi articoli, in particolare del Marzo  e Aprile 2013, o spigolature)(The changing scene of amyotrophic lateral sclerosis. Nature Reviews Neuroscience 2013; 248 advance online publication): m. neurodegenerativa relativamente frequente (1-2:100,000) a comparsa a varie età, rapidamente ingravescente (3-5 anni), nel 10% familiare (AD in genere, ma anche AR e XL), noti almeno 25 geni, quelli più frequenti sono SOD (20%) e l’espansione esanucleotidica in una regione non codificante del gene C9ORF72 (40-50% dei casi), con espressione clinica molto variabile anche per mutazioni dello stesso gene, il che fa pensare alla presenza di geni modificatori. Nel lavoro si dimostra che l’analisi immunoistochimica con anticorpi di una chinasi (MST1, mammalian sterile 20-like kinase 1), coinvolta nella morte neuronale da stress ossidativo, di midollo spinale di pz con ASL sporadica mostra una maggior marcatura nei pz rispetto ai controlli, lo stesso in epoca presintomatica nel topo transgenico per una mutazione G93A del gene SOD1 causa nell’uomo di malattia. La delezione in omozigosi di MST1 ritarda la comparsa dei primi segni e aumenta la sopravvivenza di topi transgenici con la mutazione G93A. MST1 sembra quindi un mediatore chiave della neurodegenerazione presente nella ALS e quindi un potenziale bersaglio terapeutico per questa e probabilmente altre malattie neurodegenerative.

Cognitive and motivational deficits together with prefrontal oxidative stress in a mouse model for

neuropsychiatric illness. PNAS 2013;110:12462. E’ noto da tempo che il deficit cognitivo nelle malattie psichiatriche è correlato a una disfunzione dei lobi frontali, in particolare dei circuiti prefrontali e subcorticali responsabili del controllo cognitivo e delle emozioni. Comprendere il malfunzionamento di questi circuiti può essere utile per la terapia più efficace di queste patologie. E’ stato studiato un topo transgenico come modello per aumentare i processi patologici molecolari che si producono nella corteccia prefrontale per individuale potenziali bersagli molecolari.
Con buona pace degli animalisti, in UK è aumentato il ricorso a sperimentazione in animali (UK animal experiments on the rise. Nature 2013;499:385): nel 2012 le “procedure” (che corrisponde più o meno al numero di animali) sono state più di 4 milioni, l8% in più rispetto al 2011 in gran parte usando animali geneticamente modificati. In totale nel 2012 sono stati utilizzati 4 milioni di animali, il 76% di questi erano topi.  
 

EPIGENETICA

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Differential methylation in glucoregulatory genes of offspring born before vs. after maternal gastrointestinal bypass surgery. PNAS 2013;110:11439. C’è in tutto il mondo sviluppato un’epediemia di obesità infantile, in parte correlata con l’obesità nei genitori da cause genetiche e ambientali, che comporta il rischio di sviluppare disfunzioni metaboliche e diabete mellito 2. Non è noto ma è comunque provato il ruolo svolto da specifici fattori epigenetici, con la dieta e l’adiposità materna in gravidanza che agiscono sui livelli di metilazione interessando la funzione di specifici geni, che sono a loro volta responsabili delle patologie metaboliche postnatali (vedi anche Quantification of excess risk for diabetes for those born in times of hunger, in an entire population of a nation, across a century. PNAS 2013;110:4603)(Spigolature Marzo 2013(vedi anche vari articoli citati nella selezione del Novembre 2012 in cui viene citato il ben noto effetto nei bambini le cui madri hanno sofferto la fame in Olanda -The Dutch famine – nell’inverno del 1944).
Si sa che nei figli delle donne sottoposte a  bypass chirurgico gastrointestinale per il controllo dell’obesità vi è una ridotta prevalenza di obesità, meno frequentemente ipertensione e maggior sensibilità all’insulina.
Nel lavoro sono state reclutate 20 madri canadesi (35-51 anni) sottoposte a bypass gastrointestinale per obesità e è stata effettuata un’analisi di espressione genica in 25 figli nati prima del bypass e in 25 nati dopo l’intervento chirurgico, figli di età 2-25 anni. E stata osservata nei due campioni una differenza significativa di metilazione interessante più di 5.000 geni, quelli principalmente coinvolti nell’infiammazione, nelle malattie vascolari e nel controllo del metabolismo glucidico. La metilazione correla quindi con la funzione di questi geni fornendo quindi una base biologica a quanto già osservato su base epidemiologica.
E' anche una prova che un efficace trattamento del fenotipo materno ha un effetto durevole sul metiloma e sul trascrittoma dei figli.

Why Does Gastric Bypass Surgery Work? Science 2013;341:351. A proposito di trattamento chirurgico dell’obesità grave tramite by-pass dell’intestino che sappiamo che riduce il peso corporeo, riprogramma il metabolismo del glucosio e cura permanentemente il diabete anche se la persona riprende peso. La Perspective si riferisce ai risultati di un articolo (Reprogramming of Intestinal Glucose Metabolism and Glycemic Control in Rats After Gastric Bypass. Pg. 406) che dimostra, nel ratto (poi è da vedere se così funziona nell’uomo), che con l’intervento (Roux limb) vi è una risposta metabolica con aumentato uptake e utilizzazione di glucosio che sembrano dovuti all’esposizione di cibi non digeriti.

Keeping it in the family. Nature Reviews Neuroscience July 2013. Research Highlights. E’ noto che lo stress e l’alimentazione materna in gravidanza influenzi lo sviluppo del feto, ma questo sembra che avvenga anche per quello paterno. Dal lavoro che viene commentato (Paternal Stress Exposure Alters Sperm MicroRNA Content and Reprograms Offspring HPA Stress Axis Regulation. J Neurosci 2013;33:9003) sembra infatti che lo stress paterno influenzi la risposta allo stress nei figli possibilmente tramite alterazioni del contentuto di microRNA dello sperma. Esperimento nei topi: esposizione di maschi allo stress cronico per 6 settimane alla pubertà e nell’età adulta, due settimane dopo l’esposizione data la possibilità di concepire. La valutazione della risposta allo stress nei figli, maschi e femmine, diventati adulti mostra stress cronico con soppressione dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA) in risposta allo stress acuto, ormone specifici. L’espressione genica in due aree cerebrali che regolano l’asse HPA è alterata dallo stress paterno, probabilmente da riprogrammazione epigenetica. L’amalisi del contenuto di microRNA nello sperma dei topi sottoposti a stress nella pubertà o in età adulta determina uno specifico pattern di espressione di miRNA, con aumento di espressione di 9 miRNA i cui target includono una metiltrasferasi DNA (metiltasferasi 3a, un regolatore della metilazione del DNA importante per geni imprinted) e due proteine coinvolte nel processamento di miRNA (Tnrc6b e Mtdh). Dal lavoro risulta quindi che stress cronico paterno causa una riprogrammazione epigenetica delle cellule germinali che influenza il neurosviluppo e la risposta a stress dei figli (che responsabilità che abbiamo come genitori! Ndr).

Iodine and pregnancy: a call to action. Lancet 2013;382:292. Commento di un articolo sull’effetto di deficit (modesto) di iodio nella popolazione UK. Nel 1920, per la nota correlazione tra grave carenza di iodio materno e neurosviluppo, si è provveduto in USA e in altre nazioni a arricchire gli alimenti (pane, sale) con iodio. Poi sono cambiate le abitudini e ora studi epidemiologici dicono che almeno in UK vi è carenza di iodio. Lo studio (Effect of inadequate iodine status in UK pregnant women on cognitive outcomes in their children: results from the Avon Longitudinal Study of Parents and Children (ALSPAC). Lancet 2013; published online May 22) riguarda più di 1000 gravide a cui nel primo trimestre è stato dosato lo iodio urinario e poi nei figli sono stati documentati (a 8-9 anni) livelli significativamente ridotti di QI verbale (OR 1.58), lettura (OR 1.69) e comprensione (OR 1.54) rispetto ai bambini di donne con valori più alti di iodio urinario. Con un possibile effetto dose. Questo è un “call to action to public health policy makers in the UK”. E i livelli di iodio in Italia?

ETICA

Embryo bans lifted. Nature 2013;499:384. Il 16 Luglio l’Assemblea Nazionale francese ha approvato la legge che consente la ricerca usando cellule staminali embrionali umane e embrioni. La ricerca era stata bandita nella precedente legislazione ad eccezione delle promettenti ricerche di cura di gravi malattie (Nature 2011;469:277). Ma l’approvazione sarà strettamente controllata dall’Agenzia francese della Biomedicina.

ZIBALDONE

Classica storia da Spigolature.
Identical twins don’t share fingerprints. Letter to Nature 2013;499:29. Il 10 Gennaio 2013 Nature pubblica un necrologio del premio Nobel nel 1990 Joseph E. Murray (Nature 2013;493:164) che per primo ha eseguito un trapianto di organo da vivente nel 1954, trapiantando un rene da un gemello all’altro basandosi, per stabilire la zigosità, sulla placentazione (placenta unica) e sull’innesto cutaneo (riuscito)(allora così ci si basava per stabilire se i gemelli era MZ o DZ). Inoltre, dice il necrologio, che il dipartimento di Polizia di Boston confermava che i due gemelli avevano identici dermatoglifi (il trapianto poi è riuscito e è durato 8 anni). Nella lettera (sopra) il presidente del Forensic Identification Standards Committee of the International Association for Identification scrive che il Dip. Polizia non ha nel suo archivio una tale richiesta né un tale accertamento nei due gemelli. Comunque, precisa la lettera, la letteratura (cita il lavoro Fingerprint Recognition with Identical Twin Fingerprints. PLoS ONE 1 April 2012;7 Issue 4:e3570) dice che i gemelli MZ non hanno gli stessi dermatoglifi (in realtà nel lavoro di PLOoS ONE si mette a punto una metodica che conclude: “The chance that the fingerprints have the same type from identical twins is 0.7440, comparing to 0.3215 from non-identical twins”, ndr).

Mentors, be nice. Nature Biotechnology 2013;31:659. Sottotitolo: Mentors are essential for the training of PhDs and fellows, but many have lost sight of positive leadership and are just mean”.

Già alcuni sono proprio meschini, come quello che dice al suo collaboratore: “I can train a monkey to do your work” e anche sciocco dicendo “I didn’t really want you in my lab, but I needed someone to do the work”.
Allora: “By striving to be positive, inspiring and motivating, nice mentors will reap more rewards and
success, and they will cause far fewer heartaches than their mean colleagues".

Don’t market stem-cell products ahead of proof. Nature 2013;499:255. Personal view on events di un biologo delle cellule staminali di Roma che inizia così: “Translational medicine is said to reflect a need to harness (sfruttare) the huge wealth of scientific knowledge in biomedicine. In fact, it is a direct consequence of the globalized outsourcing of research and development by the pharmaceutical industry, resting on the creation of commercial enterprises within academia. A commercial drive in academia can, however, significantly alter scientific concepts in biology and medicine. Mesenchymal stem cells (MSCs) provide a prime example of this”. E sintetizza il suo parere così: “The controversy over an unproven stem-cell therapy in Italy highlights the dangers of doing translational medicine in reverse”. Cioè “Commercial products have been converted into scientific concepts. It highlights an important dark side of the commercialization of science”. E’ noto che le MSC infuse e.v. o trapiantate nel cuore o nel cervello muoiono rapidamente e vengono eliminate. Quello che sostengono i proponenti della terapia con MSC, che restituiscono la funzione cerebrale tramite sostanze chimiche che vengono liberate con la loro introduzione, non è mai stato provato e  “the only winners are the firms wishing to sell the therapies, which add the trial details — if not the results — to their marketing brochures”. Dicono, proponenti, che il trapianto di midollo per la cura di alcune non sarebbe mai stato fatto con le attuali restrizioni sui trapianti, ma omettono di dire che il trapianto non è mai stato un prodotto del commercio e è stato sviluppato quando non c’era chi proponeva, come oggi, la terapia con cellule staminali direttamente ai pazienti, senza alcuna prova dell’efficacia. E adesso leggetevi sotto.

Trial and error. Nature 499:125. Quanto riportato in questa nota è stato in vario modo riportato dai giornali. Sentite l’inizio dell’Editoriale: There are many reasons for the trial to be stopped — and no good reason for it to be carried out. Last week, Nature revealed that the method used by Italian researcher Davide Vannoni (che, sottolinea Nature, is not a qualified doctor, but a teacher of general psychol­ogy at the University of Udine), founder of the Stamina Foundation in Brescia, to treat scores of very sick patients is based on flawed data. The revelation struck a major nerve, and hit the front pages of the main newspapers in Italy, as well as featuring on television and radio talk shows. A highly emotional debate about whether Stamina therapy works, or could ever work, has been running long and hot for months.

Che prosegue: Now scientists — as well as some politicians — are questioning whether the ministry of health should continue with the €3-million clinical trial of the technique that it agreed to support in May. It should not.
Come hanno riportato i nostri giornali: To go on with the trial now, given the therapy’s uncertain scientific basis, would be absurd. Vannoni has provided no details of his clinical protocols, referring instead to the scanty methods in his 2010 US patent application. That describes a method for promoting the differentiation of bone-marrow-derived stem cells into other cell types for therapeutic use, and includes two micrographs purporting to document the successful creation of nerve cells. Both, Nature revealed, were lifted from papers pub­lished by Ukrainian and Russian scientists (see Nature http://doi.org/ m57; 2013).
Alla fine il parere del Direttore dello Stanford Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine in California: If the Italian govern­ment uses money that could have gone to research that will deliver real stem-cell therapies in the future, a whole cohort of people will die because these therapies had not yet been invented.
(Emigriamo in massa? Ndr).

Within-mother analysis of seasonal patterns in health at birth. PNAS early edition July 2013  (www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1307582110). C’è ampia letteratura sulla relazione tra stagione alla nascita e salute (parto, malattie neurologiche, attesa di vita, intelligenza, successo scolastico)  e alcun aspetti  socio-economici. Ci sono ad es. più di 250 studi di relazione tra periodo di nascita e schizofrenia. Le nascite durante l’inverno tendono a essere associate con esiti meno favorevoli, ma questo pattern stagionale varia nel tempo da paese a paese. I risultati talora sono contrastanti. Per eliminare fattori confondenti (stato socio-economico) nel lavoro si considerano gli effetti sulla salute di figli della stessa madre nati in tempi diversi. Sono stati usati i dati di 3.2 milioni di schede cliniche di nascita (tutti i nati in New Jersey dal 1997 al  2006 e in Pennsylvania dal 2004 al 2010)(647.050 gruppi di fratelli, 1.435.213 bambini) che includono informazioni sulla nutrizione materna, crescita di peso in gravidanza, etnia, abitudini come il fumo, scolarità), tenendo conto anche delle epidemie influenzali in base ai dati del Center for Disease Control. Si è considerato il periodo di concepimento (e non il mese di nascita) e sono stati considerati come variabili di interesse la lunghezza della gravidanza e il peso neonatale, che sono le variabili di cui si tiene conto per misurare lo stato di salute del bambino alla nascita e l’outcome in età pediatrica e adulta. Risultati: una brusca riduzione della lunghezza della gestazione e per bambini concepiti nei primi mesi dell’anno, soprattutto in Maggio che comporta un aumento di prematurità di oltre il 10%, dovuto, per la forte correlazione negativa dell’influenza con l’età gestazionale, al picco di influenza di Gennaio-Febbraio. Il peso neonatale per età gestazionale, oscillante nel corso dell’anno, ha i suoi valori più alti per concepimenti in estate e sembra legato all’incremento del peso materno nel corso della gravidanza. Implicazione per la salute pubblica: la variazione di nutrizione stagionale ha effetti sul peso materno e neonatale, le vaccinazioni anti-influenzali possono prevenire il parto prematuro stagione-dipendente.

The influence of neuroscience on US Supreme Court decisions about adolescents’ criminal culpability. Nature Reviews Neuroscience 2013;14:513. Negli ultimi 8 anni la suprema corte di giustizia americana, in base a 3 casi relativi a condanne ai giovani, ha concluso che ai minori che hanno commesso crimini non è lecito dare la condanna a vita senza rilascio sulla parola. La motivazione della corte, nel caso del 2012, perché l’encefalo dei minorenni, per la sua immaturità psicologica e neurobiologica, fa sì che non siano responsabili del loro comportamento come adulti. Nella Perspective si parte dicendo che il sistema giudiziario degli USA tratta gli adolescenti che hanno commesso gravi crimini molto più duramente di altri paesi industrializzati e conclude dicendo che la decisione presa ora non si basa su nuovi dati neuro-scientifici nuovi ma prende atto del senso comune e della scienza comportamentale.

The Value of Incentives in Blood Donation. Science 2013;341:128. Nel “Policy Forum” (Science May 2013, pg. 927) si discute la possibilità che pagare chi dona sangue può farne aumentare le donazioni, ma l’autore della lettera obietta che non vanno dati eccessivi incentivi (facilmente convertibili) o soldi (cash) a chi dona sangue. La FDA consente il pagamento ma richiede che il sangue o suoi componenti riportino sull’etichetta che è un campione che è stato pagato. Oltre a questo si disincentivano le donazioni di sangue e il senso della donazione e della comunità.

Nella risposta si cita la legge e l’esperienza italiana che da 40 anni prescrive per chi dona il sangue la giornata libera. La risposta conclude: “How blood donations should be perceived and which ethical principles should guide society are critical questions. Citizens and policy-makers should make these decisions; we believe that implications for patients should also be considered, and empirical evidence should play an important role in the process”.

Chocolate habits of Nobel prize winners. Nature 2013;499:409. Lettera che riprende l’argomento pubblicato su NEJM 2012;367:1562 (Chocolate Consumption, Cognitive Function, and Nobel Laureates) che in modo pseudoscientifico voleva dimostrare che il consumo di cioccolato aumenta le funzioni cognitive, tanto vero che i premi Nobel significativamente ne hanno fatto largo uso (e che avevo commentato: questa “nota occasionale” che starebbe bene su un rotocalco (per la promozione dei cioccolati svizzeri))(Spigolature Ottobre 2012). La lettera su Nature ridicolizza l’ipotesi, giustamente, e osserva che le risposte dei Nobel all’intervista, sono risposte tipo “tongue in cheek”(risposte dette con ironia, da non considerarle come risposte su cui fare la statistica, peraltro del pollo di Trilussa).