domenica 1 settembre 2013

Selezione articoli Genetica Umana/Clinica Agosto 2013. R. Tenconi


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

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE/PSICHIATRICHE
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The role of autophagy in neurodegenerative disease. Nature Medicine 2013;19:983. Review sulla autofagia, processo omeostatico che partecipa al sequestro di componenti citoplasmatiche negli autofagosomi a doppia membrana, che poi si fondono con i lisosomi per la degradazione del sequestrato e il riuso (vedi review citata nelle Spigolature Feb 2013: Mechanisms of Disease.Autophagy in Human Health and Disease. NEJM 2013;368:651 e la serie di articoli selezionati dell’Aprile 2013 tra cui Targeting autophagy for disease therapy. News and Views Nature Biotechnology 2013;31:322). Mutazioni di geni dell’autofagia sono causa di numerose malattie neurodegenerative, che a fini clinici può essere stimolato con farmaci. In questa review ne viene definito il ruolo, gli specifici difetti autofagici alla base di molte malattie (quasi 30)(vedi Tab. 1), in particolare l’impatto dei meccanismi di clearance lisosomiale, le possibili strategie terapeutiche e i possibili farmaci che stimolano il processo autofagico (Tab. 2).

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Altered Ribostasis: RNA-Protein Granules in Degenerative Disorders. Cell 2013;154:727. Review sulle malattie degenerative dovute all’accumulo di aggregati di proteine leganti RNA e/o RNA (RNP), non solo limitate alla neurodegenerazione ma interessanti anche altri sistemi come nel caso della Distrofia Miotonica tipo 1 e 2 in cui vi sono aggregati proteine-RNA con alterazione dei fattori di splicing. Le malattie degenerative in Tabella 1 sono suddivise per meccanismo patogenetico: quelle con alterato ripiegamento proteico da mutazioni puntiformi che destabilizzano i domini proteici (es. Alzheimer), le malattie da aggregazione proteine-RNA da mutazioni di RNA o di proteine leganti (es. le SCA), quelle in cui questi due meccanismi (ripiegamento e RNP) agiscono insieme (es. Huntington).
Gli aggregati RNP possono essere tossici in quanto alterano il controllo postrascrizionale e quindi la normale “ribostasi” della cellula, cioè l’appropriata produzione e regolazione del trascrittoma cellulare che ha effetto sulla sottostante omeostasi proteica. La review precisa che la ribostasi è simile ma non uguale alla proteostasi in quanto non condividono gli stessi meccanismi molecolari e hanno differenti effetti cellulari e fenotipici. La comprensione e la modulazione dei meccanismi di assemblaggio delle RNP o l’eliminazione degli aggregati RNP potrebbero essere i nuovi approcci terapeutici di queste malattie degenerative.

Mysterious Ribosomopathies. Science 2013;341:849. I ribosomi degli eucarioti sono complesse macchine cellulari che tarducono mRNA in proteine. Comprendono 4 diversi RNA ribosomiali e più di 200 fattori di assemblaggio e piccoli RNA necessari per sintetizzare nel nucleo i ribosomi nel nucleo. Nel topo la perdita di una sola proteina ribosomica è letale. Mutazioni delle proteine ribosomiche o dei fattori di assemblaggio ribosomico possono interessare una singola cellula e causano una malattia tessuto-specifica. Perché una molecola così ubiquitaria e così essenziale come il ribosoma causa una patologia (ribosomopatia) di un solo tessuto? Quali sono queste malattie? Circa metà dei pz con anemia Blackfan-Diamond )MIM #105650), s, Treacher-Collins (MIM #606847), Cirrosi degli indiani del nord America (MIM #604901) e l’Asplenia congenita isolata (MIM #271400) che comporta il rischio di infezioni batteriche anche mortali. Per tentare di rispondere alla domanda nella Perspective si fanno alcune ipotesi, alcune molto attraenti come quella che mette in dubbio che i ribosomi siano “macchine monolitiche” ma che ci siano ribosomi specializzati, e comunque tutte da provare.

Huntington’s disease: easing the NMDAR traffic jam. Nature Medicine 2013;19:971. Commento di un lavoro (Suppressing aberrant GluN3A expression rescues synaptic and behavioral impairments in Huntington’s disease models. Pg. 1030) sul ruolo nella funzione cerebrale svolto dai recettori NMDA (NMDAR) nella neurotrasmissione eccitatoria. E’ noto che alterazioni di questa funzione costituiscono la base patogenetica delle malattie neurodegenerative, tra cui la m. Huntington (HD). Nello studio viene descritto un nuovo meccanismo patogenetico della disfunzione sinaptica nella HD: la proteina mutata (mHtt) interferisce con il recupero sinaptico di una subunità di NMDAR, GluN3A, per un’anomala interazione con un accettore endocitico (PACSIN1)(Sindaptina 1) specifico per GluN3A. La sovraepressione di GluN3 dello striato nel topo normale determina le alterazioni sinaptiche della HC, mentre la sua delezione genetica previene, nel modello murino di HD (YAC128), la degenerazione sinaptica, riduce l’atrofia dello striato, e la perdita neuronale e migliora la motricità e il deficit cognitivo dell’animale. Inoltre la delezione di GluN3 migliora la funzionalità (corrente) NMDAR che è legata alla morte cellulare nella HD e in altre malattie neurodegenerative.
Possibile target terapeutico.

From big data to mechanism. Nature 2013;500:34. Commento di un articolo (Integrative genomics identifies APOE ε4 effectors in Alzheimer’s disease. Pg. 45) che ha analizzato l’espressione di tutti i geni della corteccia cerebrale di persone portatori della variante APOE4 e di pz con Alzheimer (AD) a inizio tardivo (LOAD). AD è in genere sporadica, con rare forme familiari da mutazioni di specifici geni. La causa della più comune forma non familiare è complessa e comprende sia fattori genetici che non genetici. Il costituente principale delle placche amiloidi, che insieme ai grovigli neurofibrillari costituiscono le lesioni tipiche della malattia e il principale componente delle placche, è l’amiloide beta, frammento proteolitico della proteina progenitrice dell’amiloide (APP). Da qui l’ ”ipotesi amiloide” che considera l’anomalo processamento APP la causa dell’accumulo di frammenti tossici causa della neurodegenerazione. GWAS ha indicato il contributo genetico della LOAD di una decina di geni, con varianti a basso rischio di malattia con eccezione di una variante, APOE4: Hz di questa variante hanno rischio tre volte superiore di malattia rispetto all’allele comune APOE3, per gli omozigoti APOE4 il rischio sale a 10 volte.
Nel lavoro si confrontano i profili del trascrittoma di soggetti sani APOE4 negativi, pz con LOAD APOE4 negativi e soggetti sani APOE4 positivi.
Il profilo dell’intero trascrittoma dei portatori di APOE4, non affetti dalla malattia, è molto simile a quello dei pz con LOAD e sembra il profilo di una fase prodromica. In più il trascrittoma di anziani senza malattia si sovrappone in parte con quello di pz LOAD, ma non c’è sovrapposizione nel confronto di trascrittomi aziani vs APOE4 positivi. Questo fa ritenere che il contributo di APOE4 alla malattia è diverso da quello che comporta l’età. Il confronto tra portatori APOE4 e non portatori ha consentito di identificare una ventina di geni candidate, vecchi e nuovi (APBA2, FYN, RNF219 and SV2A) che potrebbero far parte di un network  che regola il processamento di APP e lo smistamento (sorting) intracellulare della proteina. In particolare varianti genetiche comuni di RNF219 and FYN (un altro gene coinvolto nella endocitosi) sono correlate con l’età di inizio di DOAD. I dati depongono quindi per la presenza di un pathway molecolare associato a APOE4 che porta a una quadro patologico di m. Alzheimer dell’anziano.
Un ultima considerazione, molto interessante: se, come sembra, vi sono differenti sottotipi genetici di Alzheimer che hanno specifici meccanismi molecolari e quindi differenti risposte alla terapia, come succede per il cancro allora è opportuno prima della terapia individuarne il sottotipo con tecniche genetiche o genomiche e adottare la terapia appropriata.

Reexpression of pyruvate kinase M2 in type 1 myofibers correlates with altered glucose metabolism in myotonic dystrophy. PNAS 2013;110:13570. La Distrofia Miotonica  la più comune distrofia muscolare dell’adulto, è dovuta all’espansione di una ripetizione CFG al 3’ UTR del gene DMPK (MIM #160900)(DM1) o di una ripetizione CCTG nel primo introne del gene CNBP (MIM #602668)(DM2). Gli RNA acquistano una funzione tossica dominante con due meccanismi: perdita di funzione delle proteine Muscleblind like (MBNL) e attivazione della protein chinasi C che aumenta e stabilizza CELF1 (proteina legante l’RNA coinvolta nella regolazione di molti eventi post trascrizionali): ambedue regolano lo splicing alternativo nello sviluppo e la compromissione della loro attività causa splicing anomali. Nel lavoro si ipotizza che nella DM1 l’anomala espressione di un enzima glicolitico critico, piruvato chinasi M2 (PKM2) causata dall’alterato splicing, alteri l’omeostasi glucidica contribuendo all’atrofia delle miofibre tipo 1.

Intrinsic gray-matter connectivity of the brain in adults with autism spectrum disorder. PNAS 2013;110:13222. Studi di neuroimmagini ci mostrano nell’autismo anomale connessioni della sostanza bianca, ma non sappiamo cosa succeda delle connessioni neurali corticali. Nel lavoro viene verificato come la lunghezza delle connessioni richiesta per cablare la corteccia (wiring cost) differisce nei soggetti con autismo rispetto alla popolazione generale. Nell’autismo wiring cost è nettamente più basso principalmente nelle regioni fronto-temporali, soprattutto nelle situazioni di maggior isolamento e con segni ripetitivi. Quindi le anomalie di connessione interessano sia la sostanza bianca che la grigia.

AMPD2 Regulates GTP Synthesis and Is Mutated in a Potentially Treatable Neurodegenerative Brainstem Disorder. Cell 2013;154:505. Identificata una nuova malattia neurodegenerativa a inizio precoce con caratteristici aspetti neuroradiologici (ipoplasia ponto-cerebellare – PCH- da atrofia del tronco e del parenchima cerebellare) da mutazione del gene Adenosin-monofosfato deaminasi 2 (AMPD2). Sono stati studiati con sequenziamento dell’intero esoma 38 famiglie con uno o più affetti da PCH (riduzione di almeno il 50%), escludendo condizioni note come la s. Walker-Warburg; in 23 famiglie vi era consanguineità dei genitori e in 21 famiglie più affetti. In totale l’analisi esomica, in 68 affetti, ha identificato una famiglia con mutazione EXOSC3 (MIM #614678), una con mutazione di TSEN2 (MIM #612389) e 3 con mutazione di TSEN54 (MIM #277470), con mutazione che altera profondamente la proteina e segregante con modalità AR (questo dimostra la bontà della selezione dei pz). In altri 5 probandi è stata trovata una mutazione in omozigosi, diversa da famiglia a famiglia, del gene AMPD2. I questo sottogruppo di pz è presente, oltre a atrofia corticale generalizzata e grave ipoplasia del corpo calloso, un’immagine “a 8” del ponte con relativa conservazione del verme cerebellare (molto ben evidente: sono fondamentali questi segni patognomonici per le diagnosi cliniche, vedi ad es. il “dente molare” della S. Joubert, ndr). Il gene AMPD2 ha un ruolo ben conservato nell’evoluzione, la sua mancanza causa un difetto dell’inizio della sintesi proteica GTP- dipendente, che può essere corretto con la somministrazione di precursori purinici. Questo suggerisce una possibile terapia per questa nuova malattia neuro-degenerativa a inizio precoce.

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Paths from Pesticides to Parkinson’s. Science 2013;341:722. Perspective sulla possibilità che l’esposizione a pesticidi possa in qualche modo essere correlata con l’insorgenza del Parkinson. Da molti anni si continua a sostenere che vi siano dati epidemiologici che dimostrano questa associazione. Ma ci sono ancora aspetti poco chiari, come quali pesticidi, a quali dosi e per quanto tempo. Il rischio calcolato di Parkinson è di 1.8 volte per tutti i pesticidi, di 1.3 per gli erbicidi, di 1.8 per gli insetticidi. Ma questi risultati, come per molti risultati di studi epidemiologici, non sono sufficienti da giustificare interventi preventivi. Tra gli erbicidi Paraquat (N,N'-dimetil-4,4'-bipiridinio dicluoruro), fitofarmaco diserbante ad azione disseccante che è associato a un rischio di 2.2 volte; una prova indiretta viene da un contaminante MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine) di una droga che ha determinato nei consumatori un Parkinson poco dopo l’esposizione acuta (nell’uomo, nei topi e nei ratti causa una selettiva distruzione dei neuroni dopaminergici del pathway nigrostriatale). L’effetto del Paraquat non sembra limitato solo a coloro che usano questo fitofarmaco ma anche a quelli che vivono vicino alle aree irrorate. Sembra anche che il rischio di Parkinson sia correlato alla dose assorbita. Un altro prodotto, Rotenone, usato come insetticida (acaricida) e piscicida (perché ammazzare anche i pesci? Ndr), sembra avere analogo rischio nell’uomo e negli animali di laboratorio. Il Parquat sembra agire aumentando lo stress ossidativo mentre Rotenone causa disfunzione mitocondriale. Interessanti anche i dati sulla suscettibilità genetica a questi pesticidi che potrebbe condizionare il rischio di Parkinson. Ma l’effetto pesticidi sembra influire anche sull’insorgenza di altre malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e contribuire a deficit cognitivi. Si auspicano studi di alta qualità con dettaglio di dati che consentano di verificare cosa è importante, la durata o l’intensità dell’esposizione. Per la prevenzione e la terapia.

GENETICA MEDICA/UMANA (sequenziamento esonico-genomico, proteoma e CNV)
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Translating dosage compensation to trisomy 21. Nature August 2013;500:296. Come sappiamo la s. Down è la principale causa di deficit intellettivo e comporta frequentemente seri problemi medici, tra cui patologie malformative soprattutto cardiovascolari, ematologiche e Alzheimer precoce e la cui frequenza, almeno nei concepimenti, sta diventando sempre più rilevante per l’aumento dell’età media materna al concepimento. Non sono noti i meccanismi causali della trisomia 21 (e delle altre trisomie) e mancano modelli sperimentali adeguati per capirne in pieno i meccanismi patogenetici e quindi una prospettiva terapeutica (vedi anche Loss of sorting nexin 27 contributes to excitatory synaptic dysfunction by modulating glutamate receptor recycling in Down’s syndrome. Nature Medicine 2013:19:473, in cui si individua un possibile bersaglio terapeutico (miR-155) ma si sottolienea anche che l’intero interattoma della trisomia 21 è ampio con una sovraespressione di molti geni (~550) e miRNA (19) e ogni tappa del pathway ha più azioni (Selezione articoli Aprile 2013). In questo lavoro si vuole indurre un ‘trisomy silencing’ ricorrendo all’inserimento, in cellule staminali totipotenti umane con trisomia 21, nel locus DYRK1A del cromosoma 21 (21q22) il gene XIST (X-inactivating gene) modificato, che codifica un RNA non codificante di circa 17 kb. Normalmente questo RNA è prodotto solo dal cromosoma X inattivo della femmina determinandone tramite modificazioni eterocromatiniche e alterazioni strutturali il silenziamento trascrizionale; il cromosoma X inattivo, come noto, forma il cosiddetto corpo di Barr visibile con una semplice colorazione del nucleo delle cellule.
Da altri studi risulta che, a differenza dei gonosomi, il silenziamento di un autosoma sembra interessare tutti i suoi geni. Nel lavoro dopo pochi giorni dall’inserimento si è documentata in vitro non solo la marcatura eterocromatinica dell’intero cromosoma 21 in metafase e la formazione di un corpo Barr del cromosoma 21, ma anche il silenziamento praticamente di tutti i geni del cromosoma (FISH RNA e analisi del trascrittoma).
A livello del fenotipo cellulare si osserva con il compenso di dose un miglioramento della capacità proliferativa (è noto che nella s. Down vi è a livello cerebrale una chiara riduzione della capacità proliferativa), una più rapida capacità delle cellule staminali a formare rosette neurali,
I risultati di questo lavoro ci dicono che è possibile silenziare un intero cromosoma (quindi anche il cromosoma 13 o 18) e ci offrono gli strumenti per conoscere i meccanismi patogenetici della sindrome, e quindi le possibilità terapeutiche.

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Advances in clinical and molecular understanding of the FMR1 premutation and fragile X-associated tremor/ataxia syndrome. Lancet Neurology 2013;12:786. Review sulla clinica e sulla diagnostica di espansioni CGG del gene FMR1 causa della sindrome Fragile X (> 200 ripetizioni) con silenziamento del gene da metilazione e sui fenotipi di neurosviluppo (ADHD, autismo, convulsioni) e neurodegenerativi (sindrome tremore associato al Fragile X/atassia)(FXTAS)(espansioni delle ripetizioni nel range delle premutazioni, 55-200 ripetizioni) con normale funzionamento del gene FMR1 il cui mRNA è aumentato causando tossicità cellulare. In questa review vengono presentate le nuove conoscenze sull’effetto clinico della premutazione (relativamente comune: in Spagna 1:130 femmine e 1:250 maschi), che non è limitata a FXTAS, ma è causa anche di altri fenotipici, come l’insufficienza ovarica primitiva (< 40 anni)(20% delle portatrici vs 1% della popolazione normale, costituendo la principale causa di questa patologia) e patologie psichiatriche come depressione e ansietà (40% dei premutati)(inizialmente si riteneva che questa sintomatologia nelle madri derivasse dal crescere un bambino con s. Fragile X). Perché solo alcuni portatori hanno segni clinici? Più fattori sono coinvolti, ma ora si sa che portatori con >100 ripetizioni CGG hanno deficit di proteina FMR1, sopraregolazione di mGluR5 e sottoregolazione del sistema GABA con sbilanciamento dell’equilibrio eccitatorio/inibitorio (come risulta anche nei modelli animali) che causa una predisposizione a ADHD (30% dei maschi portatori) e probabilmente anche al rischio di crisi convulsive (8-13% dei maschi portatori), crisi associate molto frequentemente a autismo, come nella Sclerosi Tuberosa e nella Neurofibromatosi 1. La Review prosegue con gli aspetti clinici e di neuroimmagini della FXTAS, sulle sua patogenesi. La terapia FXTAS è sintomatica, sono in corso studi per tentare di correggere la neurotossicità da eccesso di RNA, anche con oligonucleotidi.
In conclusione FXTAS rappresenta l’estremo dello spettro clinico dei fenotipi da premutazione, con molte altre manifestazioni correlate: oltre a quelle psichiatriche sopra descritte, emicrania, fibromialgia, neuropatia, apnea nel sonno, ipertensione e ipotiroidismo. Che hanno tutte come base patogenetica la tossicità da elevati livelli di mRNA del gene FMR1.
Data la frequenza di questa mutazione una raccomandazione ai medici: pensate a questa causa quando vedete pz con alcuni dei segni su ricordati, soprattutto tremori, atassia, insufficienza ovarica primitiva, e, a diagnosi fatta, richiedete un’appropriata consulenza genetica.

Mutations in DSTYK and Dominant Urinary Tract Malformations. NEJM 2013;369:621 (alcuni AA sono del Gaslini di GE e di BS). Le malformazioni delle vie urinarie sono frequenti e costituiscono un’importante causa di insufficienza renale in età pediatrica. Analisi di linkage e analisi esomica genome wide in una famiglia con 7 soggetti, proveniente dalla Sardegna, con malformazione urinarie (monorene, ipodisplasia renale, ostruzione giunzione uretero-pelvica, reflusso VU) e analisi di sequenza del gene identificato (DSTYK)(dual serine–threonine and tyrosine protein kinase) di 311 pz non correlati sia familiari che sporadici. Nella famiglia è stata trovata una mutazione di splicing in eterozigosi segregante con il fenotipo e in 7 (nonsenso e di splicing) dei 311 casi. In alcuni sono presenti anche altri segni (ipercalciuria, epilessia, ipoacusia, iperplasia surrenalica).
Nello zebrafish KO si producono anomalie multiorgano con evidenza di coinvolgimento del Fattore di crescita dei fibroblasti, confermato anche dal KO di cellule embrionali renali umane. Mutazioni di questo gene sono quindi relativamente frequenti (2.3%) nei pz con malformazioni renali.

Primary Hyperoxaluria. NEJM 2013;369:649. Review sulla Iperossaluria primitiva, gruppo di malattie autosomiche recessive con eccesiva escrezione urinaria di ossalato di calcio con formazione di calcoli per un’eccessiva formazione di ossalato. Incidenza 1:120.000 con prevalenza 1-3 pz/milione, ma che può raggiungere il 10% nelle popolazione con alta consanguineità. Vi sono 3 diverse forme da deficit enzimatico diverso (MIM #259900, #260000, #613616), la prima molto più grave delle altre due. L’età di comparsa dei segni varia dalla nascita a 60 anni con media 5.5 a, con segni clinici che vanno dalla calcolosi alla nefrocalcinosi e insufficienza renale. Vi può essere anche coinvolgimento retinico, articolare, midollare e del SNC. La review poi prosegue con la diagnosi e la terapia, che consiste per ora con il trapianto renale e epatico (forma 1) o solo renale (forma 2).

WNK1-related Familial Hyperkalemic Hypertension results from an increased expression of L-WNK1 specifically in the distal nephron. PNAS 2013;110:14366. L’ipertensione familiare iperpotassiemica (%145260)(FHHt) è una rara malattia con ipertensione arteriosa, iperpotassiemia, acidosi metabolica ipercloremica con normale funzione glomerulare da mutazione del gene WNK1, WNK4 e HOGA1 (MIM #613616). Mancano informazioni su come producano il fenotipo FHHt. WNK1 è un regolatore del trasporto ionico nel nefrone distale. Le mutazioni WNK1 non modificano la sequenza codificante ma sono ampie delezioni nel primo introne di dimensioni di 60 kb che comportano una sovraespressione del gene nei leucociti. E’ stato generato un modello animale (topo WNK1+/FHHt) che ha un fenotipo simile a quello dell’uomo con sovraespressione della isoforma lunga di WNK1 nel tubulo contorto distale che a sua volta stimola l’attività del co-trasportatore Na-Cl e una ridotta espressione del canale del potassio del tubulo contorto distale che contribuisce alla iperpotassiemia.
Il modello murino ha consentito quindi di chiarire alcuni aspetti patogenetici della FHHt e sottolinea l’importanza di WNK1 nella omeostasi ionica e nel controllo della pressione arteriosa.

Neural tube defects: recent advances, unsolved questions, and controversies. Lancet Neurology 2013;12:799. I DTN sono frequenti (1:1000 o più feti, con ampie variazioni di frequenza) anomalie di sviluppo con ampia variazione clinica e prognostica. In questa review vengono considerati gli aspetti medici, di prevenzione primaria, genetici e i meccanismi patogenetici. Sintetica la tabella 1 con l’elenco dei difetti (anencefalia 40%, mielomeningocele 50%, craniorachischisi 3%, encefalocele 7%, disrafismo spinale con freq. relativa non nota) con l’aspetto anatomo-clinico, la diagnosticabilità prenatale, la prognosi, le possibilità terapeutiche, le cause genetiche e non genetiche, l’embriologia e la patogenesi. Per la terapia viene in particolare sottolineata la possibilità di una correzione chirurgica prenatale per la spina bifida, con buoni effetti a breve termine ma anche con rischi connessi. Per la prevenzione si sottolinea la fortificazione con folati degli alimenti in alcune nazioni, ma non in Europa, UK inclusa, dove viene applicata la somministrazione dell’ac. folico in programmazione di una futura gravidanza (in Europa esiste un’ampia variabilità di gravidanze programmate, con l’Italia agli ultimi posti, ndr). Ma non tutti i DTN sono folati-sensibili e in UK è in corso una sperimentazione con l’inositolo che induce la chiusura del TN in alcuni ceppi di topi. Controversie e risposte parziali: i DTN sono malattie da difetto di ac. folico? No, ma il deficit è un fattore di rischio che combinato a fattori ambientali causa la malformazione. O l’ac. folico riduce la frequenza in quanto causa la morte di embrioni con DTN (per teratanasia)? E con quale meccanismo esercita il suo effetto? Riguardo ai meccanismi causali, quelli genetici contribuiscono per oltre il 70% con un meccanismo ritenuto multifattoriale (poli-o oligogenico con importante contributo ambientale). Studi di associazioni portano a considerare alcuni geni dei folati, tra cui il noto MTHFR, ma anche MTHFD1L, AMT e GLDC, con varianti patogene che riducono l’efficienza del metabolismo dei folati monocarbonico, in particolare il contributo mitocondriale e, in base a studi in modelli animali, di geni del pathway della polarità cellulare planare (distinta dalla polarità apicale/basale). Ma di questo non ci sono risultati definitivi. Interessante: l’unico DTN molto spesso sindromico è l’encefalocele occipitale, da mutazione in queste sindromi di geni alcuni dei quali coinvolti nella formazione del cilio primario. Dei fattori ambientali alcuni antiepilettici (carbamazepina, ac. valproico), micotossine (fumolisina), malattie materne (diabete, obesità, esposizione a alte temperature in gravidanza), ma il loro peso epidemiologico è molto basso. Altre controversie e questioni non risolte: individuare donne a rischio genetico può rendere più efficace la prevenzione con ac. folico (es. aumentandone la dose?): ci sono studi in corso. Tutti i DTN sono dovuti a un’anomala chiusura del tubo neurale? Dal punto di vista embriologico i DTN hanno diverse origini: l’anenecefalia, la spina bifida aperta e la craniorachischisi sono da difetto della neurulazione primaria (18°-27° giorno dal concepimento), i disrafismi ricoperti da cute da difetto di neurulazione secondaria (28°-42°), l’encefalocele da difetti della postneurulazione.

Mutation that causes hypertrophic cardiomyopathy increases force production in human β-cardiac myosin. PNAS 2013;110:12507. Le Cardiomiopatie ipertrofiche familiari (1:500 persone) sono un gruppo di malattie genetiche (da CMH1 a CMH22)(per discussione vedi MIM #192600) con aumento di spessore delle pareti ventricolari e riduzione di volume delle cavità cardiache con disfunzione diastolica, aritmia e arresto cardiaco in persone senza altri segni clinici. Nel 60% la mutazione interessa una proteina del sarcomero. Non è noto come la mutazione causi il fenotipo. Nel lavoro che viene commentato (Molecular consequences of the R453C hypertrophic cardiomyopathy mutation on human β-cardiac myosin motor function. PNAS 2013;110:12607) vengono identificate e precisate le basi meccaniche e cinetiche di una delle più gravi mutazioni del gene delle catene pesanti della β-miosina (MYH7). Identificato il fenotipo biochimico e biofisico della mutazione è ora più facile capire come la proteina mutata alteri la funzione cardiaca e il suo sviluppo. Ci sarebbero già farmaci che curano l’insufficienza cardiaca modulando la miosina cardiaca.

An in-frame deletion at the polymerase active site of POLD1 causes a multisystem disorder with lipodystrophy. Nature Genetics 2013;45:947. (AA anche italiani). La perdita progressiva del grasso sottocutaneo (lipodistrofia) è classicamente una caratteristica delle displasie mandibo-acrali recessive (MADA #248370, gene LMNA e MADB #608612, gene ZMPSTE24), anche se vi sono altre condizioni genetiche con lipodistrofia parziale con alcuni geni coinvolti nella differenziazione o funzione adipocitica. Sono poco noti i meccanismi che causano in tutte queste condizioni una perdita selettiva di alcuni depositi adiposi.
E’ stata recentemente individuata una condizione sporadica con lipodistrofia generalizzata, displasia mandibolare, aspetto progerioide, sordità, criptorchidismo e ipogonadismo maschile (MPD). Il sequenziamento esomico in due pz con questa condizione ha identificato una stessa delezione in-frame (inalterata la fase di lettura) del gene POLD1, delezione confermata in altri 2 pz, sempre sporadici. La scarsità di tessuto adiposo interessava quello sottocutaneo sin dalla prima infanzia ma con aumentato tessuto adiposo addominale (rapporto grasso viscerale/sottocutaneo 15.21 vs 0.8 dei controlli), insulino-resistenza (nonostante BMI di <20KG/m2), scleroderma cutaneo e teleangectasie, contratture legamentose, ridotta massa muscolare degli arti, ipoplasia mandibolare, ipogonadismo, criptorchidismo e sordità neuro-sensoriale. Il quadro clinico è nettamente differente da quello della s. Werner e dalle due displasie mandibolo-acrali.
Il gene POLD1 è responsabile della sintesi del filamento lento DNS durante la replicazione. La delezione di un codone trovata in eterozigosi nei 4 pz con MDP interessa il sito attivo catalitico e abolisce l’attività  DNA polimerasica, ma riduce di poco l’attività esonucleasica 3’-5’. Questo significa che il prodotto di questo gene partecipa alla omeostasi del tessuto adiposo con funzioni anche tessuto-specifiche.
Da altri lavori risulta che mutazioni missenso di POLD1 predispongono a cancro colorettale e dell’endometrio. Patologia non descritta nei pz con la nuova condizione sopra descritta.

ANKS6 is a central component of a nephronophthisis module linking NEK8 to INVS and NPHP3. Nature Genetics 2013;45:951. Le Nefronoftisi (NPHP), principale causa di insufficienza renale pediatrica, sono un gruppo di malattie genetiche caratterizzate da formazioni cistiche renali e anomalie extrarenali come retinite pigmentosa (s. Senior-Loken, MIM #266900), fibrosi epatica e ipoplasia del verme cerebellare (s. Joubert, una ventina di geni implicati vedi MIM #213300) e altre. I prodotti di questi geni si localizzano nel cilio primario o nelle strutture associate per cui vengono chiamate ciliopatie (vedi anche FAN1 mutations cause karyomegalic interstitial nephritis, linking chronic kidney failure to defective DNA damage repair. Nature Genetics 2012;44:910)(Selezione articoli Agosto 2012). Sono noti più di 12 geni della NPHP, ma nel 60% dei pz non è noto il gene malattia. I geni fanno parte di un grosso network, con 4 distinte sottoreti: NPHP1-NPHP4-NPHP8, NPHP5-NPHP6, NPHP2-NPHP3-NPHP9 e MKS.
Nel lavoro, partendo dallo studio di interazioni proteiche in cellule embrionali umane mediante spettrometria di massa, è stata individuato un nuovo membro della famiglia NPHP, ANKS6, che connette NPHP9 a NPHP2 e NPHR3, che localizza nella parte prossima del cilio e che partecipa allo sviluppo renale  dello zebrafish e di X. Laevis (rara acquatica). L’analisi mutazione nella coorte di pz NPHP senza gene-malattia ha identificato 8 soggetti di 6 famiglie con differenti mutazioni in omozigosi (in due troncanti, due del sito di splicing e due missenso) del gene ANKS6, con segni clinici mutazione specifici: reni cistici non ingranditi con mutazione missenso, le altre hanno associati difetti extrarenali come cardiomiopatia ipertrofica ostruttiva, stenosi polmonare o aortica, PDA, situs inversus e fibrosi epatica periportale. Quindi la sottorete ANKS6-NPHP9-NPHP2-NPHP3 controlla non solo lo sviluppo renale ma anche quello cardiovascolare.

Spatial and Temporal Mapping of De Novo Mutations in Schizophrenia to a Fetal Prefrontal Cortical Network. Cell 2013;154:518.  Lo studio ha voluto identificare i processi spaziali e temporali dello sviluppo cerebrale coinvolti nella neuropatogenesi della schizofrenia integrando lo studio genomico, trascrittomico e proteomico. Prima sono state individuate in pz con schizofrenia con mutazioni patogene de novo e poi sono state studiate nelle varie fasi dello sviluppo cerebrale (fetale sino all’età adulta) le interazioni delle proteine codificate da questi geni e la loro co-espressione nelle diverse aree cerebrali per individuare un network, quantificando anche il numero di connessioni tra questi geni. Il network, definito dalla co-espressione trascrizionale e dalla interazione proteica di questi geni, è specificamente localizzato nella regione dorsolaterale e ventrolaterale della corteccia prefrontale durante la vita fetale. Questi dati fanno ritenere che neurogenesi corticale abbia un ruolo importante nella schizofrenia e che sue alterazioni ne siano il meccanismo patogenetico.

MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
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Bringing genome-wide association findings into clinical use. Nature Reviews Genetics 2013;14:549. Gli studi di associazione genome-wide (GWAS) da quando sono stati applicati nel 2005 hanno identificato circa 2000 loci con forte associazione con malattie complesse, ma per il ridotto rischio connesso e l’assenza di dati funzionali questa tecnica è sinora stata considerata di scarsa applicazione clinica (vedi anche Sequencing studies in human genetics: design and interpretation. Nature Reviews Genetics 2013;14:460 e Pleiotropy in complex traits: challenges and strategies. Nature Reviews Genetics 2013;14:483 nella selezione Articoli Interesse del Luglio 2013). Ma ci sono ora alcuni esempi di varianti con valenza clinica, come il forte potere predittivo o prognostico, indicazioni sullo sviluppo di nuovi farmaci, indicazione di scelta appropriata per il pz che fatto ritenere probabile che tale tecnica consentirà, anche individuando molti altre varianti, significativi miglioramenti della gestione delle malattie complesse (Tabella 1). Potere predittivo: Diabete M. 1 in cui avviene una distruzione su base immunitaria delle cellule β del pancreas che producono insulina, processo immunitario che potrebbe essere bloccato con appropriata terapia. Oltre a HLA sono stati individuati almeno altri 50 loci che tutti insieme (HLA incluso) sono ritenuti responsabili di due più di 3/4 del rischio familiare, con la possibilità di limitare alla sola popolazione a rischio la ricerca di autoanticorpi anti isola pancreatica. O la riclassificazione dei fattori di rischio per patologie cardio-vascolari classificate ora solo in base all’età, sesso e presenza di ipertensione (Tabella 1). Precisa diagnosi: come per le forme monogeniche di Diabete M. (‘maturity-onset diabetes of the young’ - MODY) che hanno una notevole eterogeneità genetica e che comportano difficoltà diagnostiche legate ai costi e alla disponibilità di lab. per il test genetico; GWAS seleziona la sottopopolazione a maggior rischio consentendo l’applicazione dell’appropriata terapia (basse dosi di sulfaniluree piuttosto che l’uso di metformina o insulina). Varianti genetiche di risposta a farmaci: come le varianti comuni associate a anemia emolitica da ribavirina nel trattamento dell’epatite C o la tossicità con miopatia con dolori muscolari (raramente si raggiunge la rabdomiolisi con insufficienza renale) con trattamenti con le statine (in particolare la simvastatina) usate per ridurre i valori ematici delle lipoproteine a bassa densità, effetto sfavorevole che interessa sino al 5% delle persone trattate. Il rischio cumulativo di miopatia tra i 3 e i 4 anni dall’inizio della terapia per omozigoti di una variante del gene SLCO1B1 è quasi del 20% (Fig. 5). Varianti dello stesso gene sono associate a una ridotta clearance del metotrexate con aumento di tossicità intestinale nei bambini con leucemia linfoblastica acuta. La ricerca di questa variante non è ancora entrata nella pratica clinica per chi usa simvastatina, anche se il test, insieme a altri test genetici di risposta a farmaci, è già disponibile (http://www.pharmgkb.org/).

Meta-analysis of genome-wide association studies identifies ten loci influencing allergic sensitization. Nature Genetics 2013;45:902.

A genome-wide association meta-analysis of self-reported allergy identifies shared and allergy-specific susceptibility loci. Nature Genetics 2013;45:907.

Genome-wide meta-analysis identifies new susceptibility loci for migraine. Nature Genetics 2013;45:912. L’emicrania è la più comune patologia cerebrale (il 14% delle persone ne soffre) i cui meccanismi molecolari sono molto poco conosciuti. La meta-analisi riguarda 29 studi di associazione genome wide con 23.285 casi e 95.425 controlli. Individuati 12 loci di suscettibilità, con differenze tra sottogruppi clinici, di cui una inattesa: pochi loci segnalati nell’emicrania con aura rispetto all’emicrania senza aura, quando si sa che nella prima è maggiore l’ereditabilità con rischio per i fratelli del 3.8 % contro il rischio del 1.9% per i fratelli dei casi senza aura. Varianti rare o maggiore eterogeneità genetica? Otto dei 12 loci soni in geni (o nelle loro immediate vicinanze) con note funzioni della regolazione sinaptica o neuronale e molti di loro svolgono tra loro una funzione regolatoria.

TERAPIA E SPERIMENTAZIONE
Gene Therapy That Works. Science 2013;341:853 e Primed for take-off. Nature 2013;500:280. Commenti, con una bellissima introduzione in quello su Nature, di due articoli sul successo della terapia genica su Science, ampiamente pubblicizzati dai quotidiani (i ricercatori del San Raffaele di MI sono molto bravi e hanno anche un ottimo ufficio stampa)(Lentiviral Hematopoietic Stem Cell Gene Therapy Benefits Metachromatic Leukodystrophy Lentiviral Hematopoietic Stem. Science 2013:341:864 e Cell Gene Therapy in Patients with Wiskott-Aldrich Syndrome. Pg. 865): “the development of the field of gene therapy shares many similarities with the history of aviation. Each is based on deceptively (ingannevolmente) simple principles: the introduction of a therapeutic gene into cells and the flow of air over an aircraft’s wing. However, the devil is in the details, and the details are in the numbers” e ci sono forti speranze che “that gene therapy will soon do for medicine what aeroplanes did for transportation. Infatti la tecnica sembra semplice: prelievo di cellule staminali, aggiunta del gene usando un vettore ottenuto dal virus HIV e reintroduzione delle cellule modificate nel pz. Applicato in Francia per l’Adrenoleucodistrofia e la β talassemia in molti pz con follow-up di 6 anni e buoni risultati. Ora nei due lavori è stata usata la tecnica di trapianto autologo con mieloablazione in due malattie: la Leucodistrofia metacromatica (MLD), malattia neurovegetativa mortale nei primi anni di vita da accumulo lisosomiale da deficit di arilsolfatasi A (ARSA)(MIM #250100) e la sindrome Wiskott-Aldrich, immunodeficienza primitiva con trombocitopenia, infezioni e con rischio di malattie autoimmunitarie e cancro, il cui gene WAS regola il citoscheletro (MIM #301000). Per la MLD sono state raccolte le cellule staminali ematopoietiche dal midollo osseo, trattate e reintrodotte in 3 b. con la forma più grave ancora asintomatici sottoposti a una breve chemioterapia per eliminare le cellule staminali non trattate; dopo 2 anni i bambini erano ancora asintomatici e il 60% delle loro cellule ematiche contenevano più vettori per cellula con livelli di ARSA 10 volte rispetto al normale e presente anche nel liquido cefalorachidiano. Per la WAS hanno usato la stessa metodica, ma riducendo la chemioterapia perché le cellule introdotte hanno un vantaggio riproduttivo, in 3 b. con un follow-up di 2.5 anni. Successo clinico (aumento delle piastrine ematiche e riduzione delle emorragie, meno infezioni e risoluzione dell’eczema) e pieno successo del trapianto con il 25-50% delle cellule ematiche che portano il vettore virale e effetti clinici sorprendenti molto di più della terapia sinora adottata. Perché è andata così bene? L’uso di un vettore lentivirale, la tecnica di preparazione del costrutto e del vettore e altri fattori. Ma è un fatto che il numero di copie di vettori per cellula è molto maggiore rispetto alla sperimentazione clinica francese su citata. Rimane ancora ben da stabilire il rischio di un’attivazione di geni tumorali nell’integrazione dei vettori nel genoma, ma rispetto alle esperienze del passato la tecnica usata è diversa. I “naysayers” (pessimisti, quelli che storcono sempre il naso, ndr) dicono che la terapia genica costa troppo. E la terapia farmacologica per tutta la vita no? E poi la terapia genica è applicata una sola volta. Bravi.

Improved vector for retinal diseases. Research Highlights. Nature Reviews Genetics August  2013;14. Segnalazione di un articolo (In vivo-directed evolution of a new adeno-associated virus for therapeutic outer retinal gene delivery from the vitreous. Sci. Transl Med. 2013:5;189ra76)(non ho il testo intero) su una nuova procedura di terapia genica per le malattie retiniche. La terapia genica è attualmente possibile per le malattie ereditarie della retina usando un adenovirus come vettore con iniezioni traumatiche nella retina. Nel lavoro viene provato con buoni risultati nei modelli animali (topo e primati) un nuovo modo di terapia genica della Retinoschisi XL e della Amaurosi congenita Leber, usando una variante ingegnerizzata di adenovirus con la possibilità di iniezione nel corpo vitreo, più facilmente accessibile della retina.

Hemophilia hindrance. Nature Medicine 2013;19:957. News in brief. Il 27 Giugno 2013 la FDA ha approvato il primo farmaco (Roxubis, Baxter) per la prevenzione routinaria degli episodi emorragici nella Emofilia B. Il farmaco è un ricombinante del fattore IX (il primo farmaco ricombinante è stata l’insulina, ndr). Due somministrazioni alla settimana del farmaco hanno ridotto del 79% la frequenza degli episodi emorragici rispetto alla terapia classica “on demand”.

DIAGNOSI PRENATALE
A New Era in Noninvasive Prenatal Testing. NEJM 2013;369:499. Perspective sulla possibilità ora di applicare la diagnosi prenatale delle comuni anomalie cromosomiche ricorrendo al prelievo si sangue materno sino dalla 9 sg con sensibilità e specificità del tutto accettabili (98% e 99.5%)(vedi articoli citati nella selezione dello Luglio 2013, tra cui Genomic testing reaches into the womb. Nature Biotechnology 2013;31:595.applicabile per le situazioni di “alto rischio”. La società americana di Ostetricia e la Società di Genetic Counselors la consigliano per situazioni a “alto rischio” (non precisato che significhi) e consigliano anche il controllo con la tecnica invasiva nei casi positivi. Problemi: non identificazione di altre anomalie cromosomiche o genomiche (probabilmente sarà possibile in futuro, ndr), counseling appropriato e costi.
La pressione sul pubblico esercitata dai laboratori per applicare questo test ricade sulle spalle del Medico che deve, come sempre, decidere cosa può essere fatto e cosa no nell’interesse del proprio pz.

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