Scelta di articoli di Genetica
Clinica/Umana pubblicati in Aprile 2013 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.
MALATTIE
NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE/PSICHIATRICHE
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The changing scene of amyotrophic lateral sclerosis. Nature
Reviews Neuroscience 2013; 248 advance online publication. La ALS è stata oggetto di recenti ricerche (alcune segnalate
in numerosi articoli, in particolare del Marzo 2013, o spigolature) per capire
se si tratti di una proteinopatia o di una ribonucleopatia o di ambedue (come
sembra proprio). E poi i rapporti patogenetici della ASL con altre malattie
neurodegenerative come la Demenza frontotemporale (FTD) e altre come le atrofie
cerebellari la distrofia miotonica e la miosite da corpi inclusi. La Review fa
il punto della situazione attuale su questa grave e rapidamente ingravescente
(3-5 anni) malattia neurodegenerativa che ha una frequenza di 1-2:100,000 ma
può manifestarsi a ogni età. Può essere sporadica, se familiare (10% dei casi) molto
più frequentemente AD, ma anche AR e XL. Il 15% dei pz ALS ha FTD con
inclusioni TDP-43 nei neuroni corticali, mentre almeno il 50% hanno una certa
disfunzione cognitiva o disturbi comportamentali, e il 15% di pz con FTD hanno
ALS con coinvolgimento dei motoneuroni inferiori(sono gli estremi di uno
spettro fenotipico). Sono noti quasi 30 geni, 25 geni, alcuni possibili e
almeno 3 solo i loci, 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. Rimangono aperte alcune questioni: quando
inizia dal punto di vista patologico, perché in genere si manifesta sui 50-60
anni e perché porta a morte in pochi anni? Il fatto che sia una proteino-e una
ribonucleo-patia potrebbe favorire un miglior intervento terapeutico.
Unconventional
Translation of C9ORF72 GGGGCC Expansion Generates Insoluble Polypeptides
Specific to c9FTD/ALS. Neuron 2013;77:639.
Nuovo articolo sulla patogenesi della Sclerosi Laterale Amiotrofica e Demenza
Frontotemporale che potrebbe avere implicazioni diagnostiche e terapeutiche. La
struttura di RNA di ripetizioni GGGGCC rende il trascritto suscettibile di un
meccanismo non convenzionale di traduzione, chiamato Repeat Associated
Non-ATG Translation (RAN-translation), che consente la
traduzione di segmenti di DNA che non sono geni senza un codone di inizio e
nelle due direzioni. L’uso di anticorpi anti proteine GGGGCC con
RAN-translation (anti-C9RANT) mostra l’accumulo di materiale insolubile e di
alto peso molecolare a livello cerebrale e nelle inclusioni neuronali di pz con
c9FTD/ALS. Questa immunoreattività non è stata trovata nei tessuti periferici
né in altre malattie neurodegenerative, comprese quelle da ripetizioni CAG.
Potrebbe essere un marcatore biologico per questa comune causa di FTD/ALS.
Molecular
chaperone Hsp110 rescues a vesicle transport defect produced by an
ALS-associated
mutant SOD1
protein in squid axoplasm. Pnas 2013;110:5428.
Nella ALS vi è accumulo in grossi aggregati citosolici dei motoneuroni delle
proteine mutate, come SOD1, TARDB, FUS, optineurina (OPTN) e Ubiquilina 2
(UBQLN2). E’ più agevole studiare SOD1 perché c’è un bel modello di topo
transgenico con eccesso di produzione delle varie mutazioni di questo enzima,
che destabilizzano la proteina causandone nel topo il malripiegamento e
l’aggregazione e provocando, dopo qualche mese, i segni della malattia molto
simili a quella nell’uomo. Non si sa bene come questi segni si producano, si sa
che il danno del motoneurone comporta anomalie elettrofisiologiche, difetti mitocondriali,
di trasporto assonale, disfunzione della giunzione/retrazione neuronale, con un contributo anche della glia
che svolge un importante ruolo nella progressione (vedi precedenti Spigolature).
Quesiti a cui rispondere: quali e come mutanti SOD1 sono tossichi, vi sono
chaperoni molecolari, che legano proteine non native e ne consentono il normale ripiegamento per
prevenirne l’azione tossica? In questo
lavoro ci provano ricorrendo a un modello ben stabilito di trasporto assonale
veloce usando axoplasmi dall’assone gigante di un calamaro. Nel lavoro si
dimostra che l’aggiunta di una proteina mutante di SOD1 e di una molecola
chaperone Hsp110, in rapporto stechiometrico con il mutante, ristabilisce il
difetto di trasporto assonale. Un possibile ruolo quindi per i chaperoni molecolari
nel legare le proteine anomale SOD1 e prevenirne la tossicità.
Hsp70
nucleotide exchange factor Fes1 is essential for ubiquitin-dependent
degradation of misfolded cytosolic proteins. PNAS 2013;110:5975. C’è, come precisato anche sopra, un controllo di qualità
delle proteine per evitare il loro accumulo e promuovere la loro degradazione.
Quando questo meccanismo si inceppa produce patologia, come ad esempio quella
che porta alla neurodegenerazione. Il ripiegamento proteico è favorito dalla
associazione delle molecole chaperone della proteina heat shock 70 (Hsp 70)(che
facilita la sintesi proteica, il ripiegamento, il trasporto e la degradazione e
aiuta le cellule a proteggersi da fattori di stress come il calore). Se questo non
avviene Hsp 70 ne favorisce la
degradazione, con un meccanismo non noto. In questo lavoro si propone un
modello di interazione con Hsp da parte di un fattore di scambio nucleotidico, Fes1,
facilita la perdita delle proteine malripiegate dal compleso Hsp 70 promuovendo
la loro distruzione dal sistema
ubiquitina-proteasoma (vedi autorizzazione europea del brevetto del farmaco Orphazyme per la terapia con proteina heat shock 70 (Hsp70) delle malattie
lisosomiali (Editors’ pick. Nature
Biotechnology 2013;31:189. L’Europa ha approvato il brevetto la terapia con
proteina)(Spigolature Marzo 2013).
Deciphering
mutant ELOVL4 activity in autosomal-dominant Stargardt macular dystrophy. PNAS
2013;110:5446. La malattia Stargardt tipo 3 (STGD3)(MIM
#600110)(c’è una STGD1) è frequente e caratterizzata da degenerazione maculare
a inizio dai 7 ai 12 anni con un decorso rapidamente progressive e scarsissima
visione finale, ma con campo visivo normale. Il gene malattia è ELOVL4 (Elongation
of very long chain fatty acids 4) il cui prodotto è una elongasi necessaria per
la biosintesi di acidi grassi polinsaturi a lunga catena (VLC-PUFA)(vedi anche
selezione articoli Marzo 2013: Role of ELOVL4 and very long-chain
polyunsaturated fatty acids in mouse models of Stargardt type 3 retinal
degeneration. PNAS 2103;110:5181).
La
proteina normale di questo gene si localizza nel reticolo endoplasmatico,
mentre quella tronca mutata si localizza in altri organelli. L’ipotesi del
lavoro è che generi intermedi della biosintesi degli acidi grassi che hanno
un’azione tossica. In vitro si dimostra che la proteina mutate perde la sua
attività di condensazione che è la prima tappa del ciclo metabolico della
biosintesi VLC e svolge un ruolo dominante negativo sulla localizzazione e
sull’attività enzimatica (in accordo con le conclusioni dell’articolo citato
nel Marzo 2013). Si conclude quindi che la riduzione di sintesi VLC-PUFA contribuisce
alla patologia retinica. Come prospettive terapeutiche potrebbe essere l’assunzione
di VLC-PUFA con la dieta o interventi diretti a aumentarne i livelli
direttamente nella retina.
Identification of risk loci with
shared effects on five major psychiatric disorders: a genome-wide analysis. Lancet 2013;381:1371. La classificazione delle malattie psichiatriche
risale alla fine del 19° secolo con la distinzione tra demenza precoce
(schizofrenia) e insanità maniaco depressiva. E poi decenni dopo disordine
bipolare e depressione unipolare
(maggiore). La classificazione quindi è su base clinico-evolutiva con ampi
margini di sovrapposizione tra le arie condizioni. La patognesi è in gran parte
ignota. L’imminente revisione del Diagnostic and Statistical Manual of
Mental Disorders (DSM) e del International Classification of Diseases (ICD) sta
portando a una nuova classificazione anche usando le conoscenze genetiche dato
che per queste patologie comportamentali c’è un’importante component ereditaria.
E’ stato costituito un consorzio internazionale, Psychiatric
Genomics Consortium nel 2007 che ha voluto verificare la base biologiche dello spettro autistico, ADHD, disordine bipolare, depressione maggiore e schizofrenia mediante analisi GWAS (SNP).
Indagine effettuata da per un totale di 33.332 casi e 27.888 controlli di
origine europea (19 paesi). Quesiti: 1. identificare SNP in associazione a
queste patologie, se vi sono loci a rischio in comune meglio, per aumentare il
potere statistico, metterli insieme piuttosto di suddividerli per categoria
clinica; 2.
L’effetto di
varianti note per una specifica malattia sul campione comune. Scopi: valutare
la possibilità di una classificazione delle malattie psichiatriche su base
biologica e non più su base clinico-evolutiva, identificare potenziali
meccanismi patogenetici che predispongono a specifici quadri clinici e proporre
modelli preventivi e terapeutici (mica male come finalità, forse troppo
ambiziose, ndr). Trovati significativi quattro loci-regioni (in 3p e in 10q) e
2 in geni del canale del calcio (CACNA1C e CACNB2).
Vedi anche Shared genetics among major psychiatric disorders (stesso
fascicolo, pg 1339) con una
bellissima figura riassuntiva delle conoscenze attuali della patogenesi delle
principali malattie psichiatriche (perfetta per lezioni).
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Ancora sul DSM: On the spectrum. Nature 2013;496:416. La ricerca
suggerisce che le malattie mentali si posizione lungo uno spettro clinico, ma
l’ultimo manuale diagnostico (DSM-5) della Associazione Americana Psichiatria
(APA), che verrà presentato al prossimo 18 Maggio nel corso del congresso APA a
San Francisco, ne fa condizioni distinte, basandosi su vecchie categorie e su
sintomi soggettivi (nella Selezione delle Spigolature dell’Aprile
2013 ci sono ampie e feroci critiche di questo nuovo manuale). Viene fatta la storia di queste DSM dal 1952 a oggi (la Chiesa
Cattolica romana, dice il commentatore, ha cambiato più spesso Papa di quanto
APA ha pubblicato un nuovo DSM). Ma le mura di cemento che dividono una condizione
dall’altra stanno crollando nella pratica clinica dove un quinto dei pz che
hanno i criteri clinici per una diagnosi ne hanno anche per almeno altre due
(questi sono i pz “che non hanno letto il libro” ironizza un commentatore). Ma
la ricerca di base, nonostante fondi, ricerche e l’applicazione delle nuove
tecniche (neuroimaging, NGS ecc.), non ha chiarito un bel nulla (vedi infatti le varie pubblicazioni citate
negli articoli di interesse e nelle Spigolature Aprile 2013 –ferocissime critiche-
e dei mesi scorsi, ndr), ricerca che
deve rivedere tutti i risultati ribaltando completamente le diagnosi cliniche
su cui si è basata. Ci sono molti pareri ma c’è un accordo su un’idea mediata
dalla genetica oncologica con l’applicazione delle nuove tecniche genetiche: la
classificazione di un tumore non è più basata sull’organo in cui si forma ma la
diagnosi e soprattutto la terapia si basa sul profilo genetico, e, in
psichiatria, anche sulle neuroimmagini.
Molto bello anche perché molto ironico (e forse veritiero, ndr) il finale
del commento di uno psichiatra interpellato (Neuropsychiatric Genetics and Genomics, Cardiff University, UK): “I
hope I’ll be able to give a patient with possible bipolar a proper clinical
assessment. I’ll do a blood test and look for genetic
risks and send them into a brain scanner and ask them (pz) to think of something mildly unhappy to
exercise their emotional system. The results could be used to trace the
underlying cause — such as a problematic chemical signal in the brain. I’ll
then be able to provide lifestyle advice and treatment”. Sì ma, aggiunge dopo una pausa: “Actually it won’t be me, because I will have
retired by then” (quest’ultima considerazione teniamocela per noi, ndr).
A very sad story. Nature 2013;497:36. A proposito della “new
psychiatrists’ Bible” (DSM-5) in pubblicazione nel Maggio 2013 uno
psicoterapeuta ha scritto un libro (The Book of Woe: The DSM and the Unmaking of
Psychiatry. Blue Rider: 2013. 426
pp. $28.95) che commenta così il
nuovo manuale: “Each such manual, DSM or others, has tried to
improve on its predecessor. All have failed, says psychotherapist Gary Greenberg
in his entertaining, biting and essential The Book of Woe (a braccio: il libro della calamità).
But none has failed so spectacularly as the DSM-5”
con cognizione di causa perchè l’ha visto e è stato anche invitato a provare
l’applicazione di un test presentato in bozza e l’ha trovato inapplicabile per
“ inadequacy, the pointlessness, the sheer (assoluta) idiocy of the exercise”.
Porta l’esempio della eliminazione dalla lista della m. Asperger, inserendola nello
spettro autistico, ma si stima che da un terzo a tre quarti di pz con s.
Aspenger non sono inquadrabili in questa diagnosi con il rischio di perdere la
copertura assicurativa e altri benefici. Che faranno gli psichiatri, costretti
a applicare il nuovo DSM-5?
GENETICA MEDICA (sequenziamento esonico-genomico, proteoma e CNV)
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Disease-targeted sequencing: a cornerstone in the
clinic. Nature
Review Genetics 2013;14:295. Sinora i test genetici venivano
effettuati su indicazione clinica e il successo diagnostico dipendeva dalla
scarsa eterogenità di locus, per patologie a alta eterogeneità la possibilità
di arrivare alla conferma molecolare era (direi è, ndr) remota (retinite
pigmentosa, l’esempio che fa le review). E il sequenziamento Sanger è stata la
tecnica usata per oltre 30 anni. Ora le cose sono cambiate, come sappiamo. Quindi
le difficoltà ora non sono le dimensioni del segmento di DNA da analizzare ma
la velocità con cui si conoscono i geni malattia. La maggiore applicazioni
delle nuove tecniche in clinica è quella del sequenziamento di geni targeted
(quelli che consideriamo coinvolti nella patologia causalmente eterogenea che
abbiamo in mente, ndr).
Moving to multi-gene
tests è la prima tappa logica in clinica, dall’analisi
del singolo gene o di pochi geni all’analisi di un gran numero di geni numero
con la tecnologia NGS, continuando a studiare, per ricerca, i risultati
dell’analisi più approfondita delle variazioni uniche o rare. Considerando
(saggiamente, ndr) che il Sanger è economicamente più conveniente del NGS per
l’analisi di pochi geni, ma i laboratori si stanno tutti attrezzando per NGS e
i costi di questa tecnica riducendo.
Current tests. Bella la Tab. dei test targeted per alcune patologie con il numero di
geni da analizzare per ognuna (es. Rasopatie 10, retinite pigmentosa 66-140). Integration
into care: finora il clinico (oltre
all’obiettività, ndr) ricorreva raramente al test genetico preferendo basare la
diagnosi e la cura sugli esami medici (biochmica, imaging), a meno che non
fossero dirimenti o fosse richiesta la ricorrenza e la pianificazione
familiare. Ma, e fa un esempio significativo, la diagnosi molecolare può
cambiare radicalmente la terapia (deficit di alfa-galattosidasi in un caso di
miocardiopatia ipertrofica, curabile). Targeted versus
genomic approaches.
Partiamo dai costi: sequenziamento targeted (molti geni) US$ 2.000–$10.000, analisi a scopi clinici esonica
o dell’intero genoma $5.000–$15.000. Argomenti a sfavore dell’approccio diagnostico
genomico rispetto al targeted: copertura
minore, problemi dell’approccio come falsi negativi (vedi Mutations causing medullary cystic kidney disease type 1 lie
in a large VNTR in MUC1 missed by massively parallel sequencing. Nature
Genetics 2013;45:299)(Articoli Marzo 2013), varianti
di significato incerto (punto estremamente importante, ndr), competenze rilevanti di interpretazione (bioinformatica,
ndr), necessità di fenotipo dettagliato
(molti articoli considerano quest’ultimo punto secondario, ma non lo è affatto
per mettere insieme genetica e clinica, ndr), comunicazione
dei risultati ai pz/famiglia (chi trae la conclusione della rilevanza per
il fenotipo di uno o più risultati? Il laboratorio proprio no, ndr). Ultimo:
NGS ha migliorato il rapporto costi/benefici e la vita dei nostri pz?
E
cosa succederà nel prossimo futuro? (Argomento, che meriterebbe un convegno
dedicato, ndr).
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The human gene
connectome as a map of short cuts for morbid allele discovery. PNAS
2013;110:5558. Come sappiamo dall’analisi con NGS per
identificare il gene responsabile di una malattia in una persona otteniamo
migliaia di varianti di geni codificanti proteine, ma solo un limitato numero
di questi, idealmente uno, è quello causale. Può essere quindi difficile se non
impossibile identificare il gene malattia anche perché spesso non conosciamo il
modo di trasmissione del carattere in quella famiglia e per gli alti livelli di
eterogeneità genetica nella popolazione. Ma sappiamo anche che per una certa
malattia, ben definita clinicamente, ci può essere un pathway comune coinvolto
in pazienti diversi, quindi ci aspettiamo accanto alla eterogeneità genetica
una omogeneità patogenetica. I programmi in uso oggi, come String, FunCoup e
HumanNet ci informano del possibile rapporto diretto tra due determinati geni
dello stesso pathway, ma non ci aiutano a individuare il pathway di due geni di
interesse. Questi programmi sono più adatti quindi per studi di caratteri
poligenici che per caratteri monogenici dove c’è un gene-malattia, e tante
varianti di minor interesse. L’ipotesi di lavoro è che i geni malattia di una
specifica condizione in pazienti differenti facciano parte di un gruppo di
geni-chiave o partecipino allo pathway.
E’ stato quindi messo a punto un metodo “Hypothesis-driven” di
analisi dei dati NGS in cui il connettoma umano (HGC) consente la selezione dei
geni candidati parte di un dato pathway patologico. La prova pratica
dell’utilità di HGC nell’identificare geni malattia è avvenuta con gli errori
congeniti dell’immunità TLR3 causa della Encefalite erpetica da virus herpes
simplex 1. E’ stato quindi costruito il Toll-like
receptor 3-specific connectome (vedi bellissima Fig. 2 con l’individuazione di
601 geni con la minor distanza biologica tra loro). Sono
stati preparati connettomi umani gene-specifici disponibili in http://lab.rockefeller.edu/casanova/HGC, che, come dicono gli AA, faciliterà la selezione
genome-wide di geni candidati per la loro successiva validazione sperimentale.
Vedi
anche Connectome.PNAS 2013;110:5739.
Termine coniato nel 2005 per indicare il piano fotografico strutturale (blueprint)
del cervello umano, che consente di stabile una connessione tra struttura e
funzione e di fornire 3 livelli di informazione: visione panoramica delle aree
cerebrali e dei pathway neuronali, un’immagine precisa della popolazione
neuronale e dei loro circuiti e una visione da vicino dei singoli neuroni e
delle loro connessioni sinaptiche. Il passo al connettoma genetico è stato
breve nel tentativo di verificare a livello biologico quello che si poteva
ipotizzare a livello morfologico per capire lo sviluppo cerebrale, quello che
succede nell’invecchiamento e nelle malattie. Ma con molti limiti anche se le
prospettive sono buone.
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A gene of rare effect. Nature 2013;496:152. Sottotitolo: A mutation that gives people rock-bottom cholesterol
levels has led geneticists to what could be the next blockbuster heart drug
(sottotitolo personale: una bellissima storia contata però, in questa News and
Views, come uno spot pubblicitario con commenti tipo “Wow” e “sei la migliore”).
In sintesi: riscontro casuale in
una signora di 40 anni afro-americana con livelli di LDL
di 14 mg/dL (vn 100) di due mutazioni
inattivanti, una materna e una paterna, di un gene, PCSK9, una serin
proteasi che riduce LDL epatico e extraepatico e che aumenta i suoi livelli nel
sangue (OMIM *607786. variante allelica .0007. AJHG 2066;79: 514). Questa persona è stata
individuata nell’ambito di uno studio sulla aterosclerosi che voleva verificare
la distribuzione dei livelli di LDL nella popolazione (ARIC). Come prevenzione della patologia aterosclerotica le
statine vanno bene ma oltre il 20% dei pz non le tollera. Ovviamente le
compagnie farmaceutiche, per l’enorme mercato che si spalanca, sono molto interessate
e hanno in corso sperimentazioni cliniche in fase III con anticorpi specifici,
ma un po’ i costi e un po’ il fatto che il farmaco deve essere iniettato, rende
secondo alcuni, questa opzione terapeutica non facile. E anche se sinora non ci
sono rilevanti effetti collaterali al nuovo farmaco ci sono alcuni allarmi dai
modelli animali, come il fatto che il silenziamento del gene PCSK1 nello
zebrafish è letale in epoca embrionale. Ma il composto eterozigote con ambedue
le mutazioni inattivanti trovato nella signora 40enne fa bene sperare (noi e le
industrie). Ma quando cominciare la terapia? Sui 30 anni? Per ora ci si limita
a vederne l’effetto in adulti con alti
livelli circolanti di LDL (e anche vedere come starà in futuro la
signora-cavia, ndr).
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Identification
of seven loci affecting mean telomere length and their association with disease.
Nature Genetics 2013;45:422 (vedi anche sopra. Pg. 371). I telomeri sono costituiti da proteine
e centinaia di sequenze esanucleotidiche ripetute di DNA delle parti terminali dei cromosomi, sono importanti per la
stabilità genomica e la protezione dalla riparazione DNA inappropriata. Nella
replicazione somatica la loro lunghezza si riduce, ma nelle cellule germinali e
nelle cellule staminali è mantenuta la lunghezza dei telomeri da una
ribonucleoproteina, telomerasi, che contiene il prodotto del gene TERT che è la
subunità catalitica della trascrittasi inversa telomerasica. L’eccessiva
brevità dei telomeri determina la morte cellulare.
Mutazioni germinali di TERT determinano
brevità dei telomeri e sono causa di alcune patologie, tra cui la Discheratosi congenita caratterizzata da insufficienza
midollare, fibrosi epatica e polmonare e
suscettibilità a
cancro e Fibrosi polmonare e insuff. midollare (Pulmonary
Fibrosis, Bone Marrow Failure, and Telomerase Mutation. NEJM Letter
2012;366:1551)(selezione articoli Apr 2012). La lunghezza media telomerica può
essere molto diversa da individuo a individuo e ha un’alta ereditabilità
(44-80%). C’è una correlazione negativa tra lunghezza telomerica e età
(riduzione di 20-40 pb/a). Brevità, corretta per età e sesso (le femmine hanno
telomeri più lunghi), sembra correli con molte malattie età dipendenti tra cui
la m. coronarica e è ipotizzabile che possa essere considerato come un marker
di invecchiamento (ma mancano studi prospettici della
lunghezza dei telomeri dei leucociti e rischio di malattie, anche se ci sono
laboratori che a pagamento- 500 euro- offrono il test telomerico per conoscere
il proprio rischio di malattia. Vedi Science
2011;332:414. Are Telomere Tests Ready For Prime Time? Selezione articoli
Giu-Set 2011). Lunga premessa per commentare i risultati della meta-analisi di
GWAS su un’ampia popolazione di origine europea (37.684 persone e successive
altre 10.739). Associazione significativa alla lunghezza telomerica leucocitica
con 7 loci (5 nuovi), 5 di questi sono
loci che contengono geni candidati per la lunghezza telomerica (TERC, TERT,
NAF1, OBFC1 and RTEL1). Lead SNP (SNP che sono statisticamente associati a un fenotipo) di due loci (TERC
and TERT) sono associati a alcuni tipi di cancro e altre malattie
tra cui la fibrosi polmonare idiopatica. La stima dell’”effetto per allele”
sulla lunghezza telomerica è modesta (~57 pb – 117 pb). SNP di TERC e TERT
associati significativamente a telomeri corti (ma anche lunghi) sono a rischio
di patologie, tra cui il cancro. Una di queste, la più nota, e brevità dei
telomeri e malattia coronarica. E’ stata condotta un’analisi di rischio genetico
combinando le varianti dei 7 loci (22.233
casi con malattia coronarica e 64,762 controlli) che ha rilevato
un’associazione significativa con alleli associati a telomeri brevi e un
aumento di rischio cumulativo (non per singolo locus) del 21% (95% IC 5–35%)
per deviazione standard di lunghezza telomerica.
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Sorting
receptors at Down’s syndrome synapses. Nature Medicine 2013;19:404.
Sottotitolo: Trisomy 21 triggers multiple potential routes to intellectual
disability in Down’s syndrome. A new study suggests that aberrant endosomal
function may contribute to the neuronal deficits behind learning and memory
impairments in affected individuals. Commento di un articolo sullo stesso
fascicolo (Loss of sorting nexin 27 contributes to
excitatory synaptic dysfunction by modulating glutamate receptor recycling in
Down’s syndrome. Nature
Medicine Pg. 473). Per il mantenimento della funzione
sinaptica è necessario un continuo rifornimento di proteine e questo
rifornimento è garantito da un network di endosomi neuronali che regolano la
degradazione e il recupero delle proteine sinaptiche come i recettori dei
neurotrasmettitori. Le disfunzioni endosomiche sono i primi segni delle
malattie sinaptiche, le sinaptopatie come la
S. Down e l’Alzheimer. Il prodotto del gene SNX27 (sorting nexin 27) interagisce
con vari recettori neuronali e canali ionici e, con i dati di questo lavoro,
sembra essere coinvolto nella trasmissione glutammatergica. Nel lavoro il topo KO di Snx (Snx27−/−) ha gravi
deficit neuronali dell’ippocampo e della corteccia e il topo eterozigote Snx27+/−, che non ha
anomalie morfologiche cerebrali, ha però difetti della funzione sinaptica, di
apprendimento e di memoria associati a una riduzione dei recettori ionotropici
del glutammato (NMDA e AMPA). Nella s. Down vi è sovraespressione di
un microRNA, miR-155, che regola negativamente C/EBPβ (che è parte della famiglia C/EBP di
fattori di trascrizione composta da sei membri che promuovono l’espressione di
alcuni geni interagendo con i promotori) riducendo l’espressione di SNX27 e alterando
lo smistamento (sorting) delle proteine endosomiche e di conseguenza riducendo
l’espressione del recettore del glutammato nelle sinapsi dell’ippocampo. Come
effetto si produce una disfunzione sinaptica. Normalizzando l’espressione di
Snx27 nell’ippocampo di topi-modello della trisomia 21 adulti (modello
Ts65Dn, che ha un piccolo cromosoma extra derivato dal cromosoma 16 del topo,
con trisomia di circa la metà dell’ortologo 21 dell’uomo) si ha un
miglioramento delle funzioni sinaptiche, dell’apprendimento e della memoria.
Nota
di cautela: l’intero interattoma della trisomia 21 è ampio con una
sovraespressione di molti geni (~550) e miRNA
(19) e ogni tappa del pathway identificato in questo studio (miR-155–C/EBPβ–SNX27) ha più azioni. miR-155 regola circa
140 geni, tra cui il gene codificante C/EBPβ. Pur nella complessità della
patogenesi di questa frequente condizione si incomincia a dare un certo ruolo
agli endosomi e a prospettare una possibile terapia usando anticorpi
anti-miR-155.
Somatic mutations in ATP1A1 and ATP2B3 lead
to aldosterone-producing adenomas and secondary hypertension. Nature Genetics 2013;45:440.
L’aldosteronismo primitivo (aumentata secrezione autonoma di aldosterone da
parte delle surrenali) determina grave ipertensione (7% degli ipertesi) resistente
alla terapia (20% degli ipertesi con farmacoresistenza) e grave ipopotassiemia
con rischio di morte e, a lungo termine, di incidenti vascolari. Nel 60% dei
casi vi è un adenoma (mono o bilaterale) che produce aldosterone (APA). Vi sono
casi familiari e sporadici da mutazione del gene KCNJ5 (canale del potassio)(MIM #613677) e il 30-40% degli APA ha una mutazione
di questo gene.
Per identificare altri geni è stata
applicata la tecnica del sequenziamento esonico nei tumori e in altri tessuti
di controllo in 9 soggetti con aldosteronismo primitivo ipopotassiemico che non
avevano una mutazione somatica di KCNJ5. Sono state trovate in 3 pz mutazioni
nel gene ATP1A1, che codifica una Na+/K+
ATPasi subunità e in 2 pz una mutazione del gene ATP2B3 (locus sul
cromosoma X) che codifica una Ca2+
ATPasi. Queste ATPasi sono espresse nelle cellule del surrene e controllano
l’omeostasi ionica del sodio, potassio e calcio. La mutazione è in mosaico
nell’adenoma e non è presente nel tessuto circostante o nel sangue. L’analisi
di ulteriori 308 adenomi ha consentito di identificare una mutazione somatica in
eterozigosi del gene ATP1A1 (5.2% dei casi) e del gene ATP2B3 (1.6% dei casi).
Nei 308 adenomi sono state trovate mutazioni del gene KCNJ5 nel 38.3% dei casi.
I pz con la mutazione somatica hanno, rispetto ai pz senza mutazione, una
maggior frequenza nei maschi (a differenza delle mutazioni di KCNJ5 che sono
più frequenti nelle femmine), alti livelli pressori e ipopotassiemia. Pz con
forme familiari o con aldosteronismo primitivo non sono risultati portatori di
mutazione germinale di ATP1A1 o di ATP2B3.
Merlin isoform 2 in
neurofibromatosis type 2–associated polyneuropathy. Nature Neuroscience 2013;16:426. I neuroni del SNC e
periferico sono complessi cellulari altamente polarizzati. Nell sviluppo sono
necessarie numerose fasi morfologiche responsabili della funzionalità e della
plasticità del sistema nervoso. I neuroni migrano nelle sedi prestabilite,
sviluppano e estendono gli assoni e i dendriti nelle regioni appropriate e
formano contatti sinaptici tra loro. Questi complessi processi di formazione di
network avvengono sotto controllo spazio-temporale da parte di prodotti di geni
della famigli Rho di piccole GTPasi che svolgono un’importante funzione di
controllo dello sviluppo. Non si conosce
come questa complessa organizzazione avvenga. Nella Neurofibromatosi tipo F2,
malattia AD da mutazione del gene che codifica la Merlina (dai ricercatori
francofoni chiamata più appropriatamente schwannomina, vecchia polemica, ndr)
oltre allo sviluppo di tumori (schwannomi) si ha frequentemente un segno
clinico caratteristico costituito da una neuropatia periferica focale,
indipendentemente dal tumore. Perché? Perché, il lavoro prova, l’isoforma
Merlina-iso2 serve per il mantenimento dell’integrità neuronale e il deficit di
dose genica NF2 è la causa dell’assonopatia. Come? Merlina-iso2 favorisce
l’attivazione RhoA GTPasi promuovendo la fosforilazione dei neurofilamenti a
catena pesante. Il topo con deficit di Merlina-iso2 hanno alterata motricità,
ritardo di reazione sensoriale e anomalie EMG tipiche della neuropatia
assonale. Il nervo sciatico dei pz con NF2 e di questi topi hanno una ridotta
fosforilazione delle subunità H dei neurofilamenti e ridotta spaziatura dei
neurofilamenti e assoni morfologicamemente alterati. Quindi questa isoforma è
importante per l’integrità assonale e è la causa della neuropatia focale tipica
della NF2 (12% dei pz).
Immagini: Elephantiasis
Neuromatosa. NEJM 2013;368:e23. Termine che definisce
un’ipertrofia di un arto da neurofibroma massivo dei tessuti molli che è
piuttosto raro e che, come nel caso presentato, si presenta in genere nella
Neurofibromatosi 1 (vedi l’immagine di un arto inferiore in una donna di 22
anni che dall’età di 8 anni si è accorta della presenza di questa massa
cresciuta poi molto lentamente).
E’ stata sottoposta a
intervento chirurgico per ridurre parzialmente (debulking) la massa per
alleviare il dolore e per motivi estetici.
Competition intensifies over
DNA-based tests for prenatal diagnoses. Nature
Medicine 2013;19:381. Una nuova compagnia, Natera, ha annunciato
che ha lanciato un suo test non invasivo da sangue materno per la diagnosi
prenatale delle anomalie cromosomiche con la stessa sensibilità dei test
invasivi.
Il test è con SNP, la sensibilità del 92-99%, l’accuratezza
diagnostica del 100%, a 9sg e al prezzo di 1.500 D USA. Le altre compagnie
offrono lo screening con sequenziamento massivo in parallelo (costo di 1.500
Verifi, di 2.760 (?) Sequenom’s MaterniT21 PLUS) o con sequenziamento di
specifici cromosomi al prezzo di 800 D
USA Ariosa’s Harmony.
KIAA1199, a
deafness gene of unknown function, is a new hyaluronan binding protein involved
in hyaluronan depolymerization. PNAS
2013;110:5612. Mi pare ci sia una sola pubblicazione
del 2003 di AA giapponesi che riportano 4 mutazioni missenso del gene KIAA1199
come causa di una forma di sordità non sindromica. In questo lavoro viene
attribuita una specifica funzione a questo gene di legare ialuronano (acido
ialuronico), che è un glicosaminoglicano a alto peso molecolare ubiquitario
presente come maggior costituente della matrice extracellulare fornendo
integrità funzionale alle cellule e agli organi. E’ coinvolto in alcune
patologie come la s. Werner (sindrome progerioide dell’adulto), dove è
sovraespresso.
ATP signaling enables adaptation to
loud Sounds. PNAS 2013;110:7100. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (ATP-gated
ion channels mediate adaptation to elevated sound levels. Pg 7494). L’orecchio dei mammiferi sente sia il sussurrio che l’acuto
di una sirena e sappiamo anche che la coclea trasduce segnali forti senza che
ci siano danni uditivi nonostante sia altrettanto noto che rumori forti e
persistenti possono peggiorare la perdita dell’udito dovuta all’eta. Viene
dimostrato che segnali forti fanno liberare ATP nella coclea attivando le
proteine recettoriali P2X2 e riducendo la trasduzione e la trasmissioen
sinaptica dalel cellule cocleari. Il topo nullo del gene P2RX2, che codifica i
recettori P2X2, è più vulnerabile al danno permanente dell’udito rispetto al
controllo perchè manca della risposta protettivo dell’udito, chiamata
“spostamento temporaneo della soglia” (temporary threshold shift), quando sono
esposti a rumori di 85 dB.
Role of p63 and
the Notch pathway in cochlea development and sensorineural deafness. PNAS
2013;110:7300. La proteina tumorale p63 (TRP63) fa
parte della famiglia di fattori di trascrizione p53 e ha un rulo chiave
nell’embriogenesi. La sua espressione è regolata da 2 promotori, solo uno dei
quali (TAp63) contiene il dominio TA N-terminale critico per l’induzione
trascrizionale di alcuni geni bersaglio di p63, mentre l’altra isoforma (ΔNp63)
no. Ambedue hanno, per splicing alternativo, altre isoforme (α, β, γ). Il gene
codificante (Tumor Protein p63)(TP63) è il gene malattia di varie condizioni
(s. ADULT, s. EEC, s. Limb-mammary, s. Oral facial cleft 8, s. Rapp-Hodgkin, s.
Spil-hand/foot malformation 4)(vedi MIM 603723), tra cui alcune con displasia
ectodermica, come EEC, con una buona correlazione genotipo-fenotipo in base al
dominio interessato dalla mutazione. Ma oltre al coinvolgimento ectodermico
nella EEC c’è anche un coinvolgimento cocleare con sordità. Il topo nullo p63
mostra difetti morfologici dell’organo Corti con cellule ciliate
soprannumerarie, fenotipo dovuto alla perdita di TAp63, che normalmente agisce
attivando il pathwaty Notch per la formazione della coclea. Lo studio nel
modello animale (analisi di espressione genica e analisi morfologica) dimostra
quindi che p63, tramite il pathway Notch, partecipa in maniera rilevante allo
sviluppo dell’organo Corti fornendo una spiegazione molecolare alla sordità
neurosensoriale presente nei pz con displasia ectodermica e mutazione di questo
gene.
Exploring the
erythroblastic island. Nature Medicine 2013;19:399. News and views di due
articoli sulla eritropoiesi e sui macrofagi con implicazioni terapeutiche (Macrophages
support pathological erythropoiesis in polycythemia vera and β-thalassemia.
Nature Medicine Pg. 437.
L’eritropoiesi, processo dinamico e complesso in cui le cellule progenitrici eritroidi
diventano globuli rossi senza nucleo, che hanno una breve emivita e che devono
essere continuamente prodotte. Oltre alla nota eritropoietina (Epo) in questa
continua e regolata produzione agiscono vari fattori di crescita e il
microambiente tra cui i macrofagi che oltre a svolgere funzioni note
(riutilizzo del ferro degli eritrociti senescenti e di sovraccarico di nuclei
degli eritroblasti) sembra che partecipino attivamente alla proliferazione e
alla sopravvivenza degli eritroblasti. La funzione di stimolo eritropoietico
del microambiente è particolarmente importante nelle condizioni di stress
eritropoietico come nelle condizioni di anemia o in alcune malattie come la β-talassemia
(anemia cronica da ridotta sintesi β-globinica) e la policitemia vera (aumento
dell’eritrocitosi da mutazione attivante della tirosin chinasi JAK2), in cui
l’eritropoiesi si estende in sedi extramidollari (milza e fegato) aumentando il
pool delle cellule progenitrici. Nel modello animale di diverse condizioni di
stress, anemia, somministrazione di EPO, policitemia vera e di β-talassemia) si
dimostra un decisivo contributo dei macrofagi nella patologia e la loro riduzione
mediante somministrazione endovena di clodronato (della classe dei bifosfonati,
ndr) è in grado di correggere la progressione delle anomalie ematologiche delle
due malattie genetiche modulando la proliferazione e la differenziazione
eritroide. In particolare nella β talassemia le deplezione dei macrofagi riduce
la proliferazione e aumenta la differenziazione determinando una ridotta
reticolocitosi, splenomegalia e l’ematopoiesi extramidolarre. In vitro (colture
primarie umane) di pz e controlli si osserva un impatto diretto dei macrofagi
nella proliferazione e enucleazione degli eritroblasti.
Conclude il
lavoro, citando un lavoro (CD169+
macrophages provide a niche promoting erythropoiesis under homeostasis and
stress. Nat. Med. advance online publication, doi:10.1038/nm.3057. 17 March 2013)
e suggerisce una possibile terapia complementare,
insieme a quelle già in uso, per queste malattie.
Macrophage
biology in development, homeostasis and disease. Nature
2013;496:445. Review sui macrofagi e sul loro ruolo
nello sviluppo e nelle malattie (neurodegenerative, osteoporosi, osteopetrosi,
leucemia, aterosclerosi, fibrosi, cancro e metastasi, obesità e diabete, artrite,
malattia infiammatoria intestinale). Con futuri sviluppi e possibili terapie.
Disruption of the principal,
progesterone-activated sperm Ca2+ channel in a CatSper2-deficient
infertile patient. PNAS 2013;110:6823. I canali ionici sono proteine di
membrana che consentono lo scambio di ioni (Na+, K+, Ca2+ e Cl-) tra citoplasma e spazio extracellulare secondo il loro gradiente elettrochimico. Sono presenti
anche negli spermatozoi e implicati nella fertilizzazione, nella
mobilità, nella individuazione e nel legame con la cellula uovo (capacitazione
acrosiomiale). Un effetto iperattivante (mobilità, capacitazione) degli
spermatozoi da aumento del calcio intracellulare è determinato dai livelli di
progesterone nelle vie rirpoduttive femminili. Difetti del canale cationico
associato agli spermatozoi (CatSper) causano completa infertilità isolata,
anche nell’uomo. Ma deve essere ancora verificata l’importanza di CatSper (complesso
di più subunità 1-4 e almeno altre due proteine CatSperB e G, vedi MIM *606389)
nella fertilizzazione e il meccanismo con cui opera, anche perché manca il
modello animale di perdita di funzione di questo gene in quanto nel topo manca
l’azione attivante del progesterone. Studi in vitro con spermatociti di un
maschio con mutazione dimostrano che CatSper è il principale canale del calcio
spermatico e che è fortemente potenziato dal progesterone, con sensibilità
all’ormone che inizia molto presto nella fase di sviluppo del gamete e che
raggiunge l’acme al momento della eiaculazione.
Deciphering the
Glycosylome of Dystroglycanopathies Using Haploid Screens for Lassa Virus
Entry. Science 340:479.
Il commento sullo stesso fascicolo titola “Viruses and Congenital Disorders”.
L’α-distroglicano (αDG ) lega la matrice extracellulare con il citoscheletro e
è modificato da catene di zuccheri tra cui un O-linked glicano (i glicani sono
polisaccaridi che con le proteine o i lipidi delle membrane cellulari formano
le glicoproteine o i glicolipidi di membrana). Mutazioni di geni della
glicosilazione αDG causano le districanopatie tra cui una distrofia muscolare con
interessamento cerebrale e anomalie oculari (Muscular-eye-brain disease o s. Walker-Warburg)
causata da mutazioni di una glicosiltrasferasi (sono almeno 8 i geni geni e
molti altri non ancora noti in quanto nel 50% dei casi non si conosce ancora il
gene malattia) che determina un alterato legame di αDG con i suoi ligandi come
la Laminina. L’unità O-linked glicano è anche la porta di ingresso di patogeni
come il micobatterio della lebbra, il virus Lassa (febbre emorragica
responsabile di migliaia di morti all’anno) e altri virus. Gli AA hanno
ricercato geni coinvolti nella O-glicosilazione responsabili dell’infezione dal
virus Lassa e hanno identificato in 3 su 28 famiglie con pz affetti da s.
Walker-Warburg, negative ai geni noti, una mutazione con perdita di funzione di
altri due geni che sono da considerare geni-malattia di questa grave patologia
neurologica. L’utilità quindi dello studio del
“glicosiloma” per individuare cause di patologie geneticamente eterogenee.
Epigenetics: Core misconcept. Opinion. PNAS 2013;110:7101. Critica (anche piuttosto aspra
come vedrete) dell’articolo Core Concept Epigenetics. PNAS 2013;110:3209 (Spigolature Feb 2013). L’A. della ”Opinione” inizia dicendo
che l’articolo parte bene sottolineando che le cellule di un organismo pur
avendo le stesse informazioni genetiche hanno delle specifiche proprietà, ma
poi trascura la massa di conoscenze sinora raccolte e le sostituisce con pareri
personali presentati come fatti. E allora dopo una panoramica dei dati sulla
epigenetica che si conoscono, critica il Core Concept punto per punto, ad es.
sulla stessa definizione di epigenetica e conclude così: Labeling histone modifications
“epigenetic,” moreover, obscures what we know. The Core Concepts article discussed here is a good example, further
muddying (intorbidando ulteriormente) the waters. The important point is to
attend to how things actually work”.
AUTOFAGIA: processo
omeostatico presente in tutte le cellule eucariotiche 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’ un meccanismo che contribuisce
alla fisiopatologia di molte malattie, che a fini clinici può essere stimolato
con farmaci, ma quelli noti hanno effetti pleiotropici per cui c’è la necessità
di avere specifici induttori di autofagia.
Targeting
autophagy for disease therapy. News and Views Nature Biotechnology 2013;31:322.
Sottotitolo: A peptide that enhances autophagy suppresses viral infections and
clears protein aggregates. Il riciclo
cellulare, l’autofagia, è stato chiamato in causa in varie condizioni, dal
cancro all’invecchiamento, alle infezioni e a malattie metaboliche. Vengono
degradate proteine intracellulari e organelli alterati e riciclati in
precursori metabolici durante lo stress cellulare e vengono anche eliminati
patogeni intracellulari, patogeni che si sono attrezzati con strategie
difensive che hanno come bersaglio la proteina cruciale del pathway autofagico,
beclin-1 che regola l’induzione dell’autofagia. Per comprendere i meccanismi
attivanti l’autofagia gli AA (Identification
of a candidate therapeutic autophagy-inducing peptide. Nature 2013;494:201) sono
ricorsi a proteine virali che hanno come bersaglio beclin-1 per verificare il
dominio funzionale regolatorio dell’autofagia. Identificato il segmento
peptidico (18 aa) e ne hanno studiato l’azione individuando una proteina
legante che inibente beclin-1. La somministrazione del segmento peptidico
annulla, per competizione, l’effetto legante liberando beclin-1 libera di
svolgere il suo effetto.
In sintesi il
peptide potrebbe essere uno strumento terapeutico per rimuovere patogeni
intracellulari e quindi essere usato per le varie patologie da deficit di
autofagia (es. m. Huntington, Parkinson e Alzheimer).
Integrated Systems Approach Identifies Genetic Nodes
and Networks in Late-Onset Alzheimer’s Disease. Cell 2013;153:707. L’Alzheimer a
inizio tardivo è una malattia complessa da combinazione di fattori genetici e non
genetici che agiscono su un network molecolare responsabile della malattia. Per
caratterizzare il sistema molecolare di questa patologia a insorgenza tardiva
(LOAD) sono stati analizzati i tessuti cerebrali postmortem di 1.647 pz (con
relativi controlli) mediante analisi genetica NGS e di espressione genica
dell’intero genoma. Sono stati individuati vari moduli di categorie funzionali
e di specificità cellulare, che sono stati ordinati per rilevanza nel
determinare la patologia cercando di individuarne i principali regolatori. Il
primo nell’ordine di importanza è il network immunitario/microglia che
comprende TYROBP (Protein
Tyrosine Kinase Binding). Questi risultati sono utili per comprendere la
fisiopatologia di questa frequente malattia e soprattutto per ordinare per
priorità i pathway convolti e i individuare i possibili bersagli molecolari per
la terapia.
De novo mutations in
the autophagy gene WDR45 cause static encephalopathy of childhood with neurodegeneration
in adulthood. Nature
Genetics 2013;45:445. L’encefalopatia stazionaria dell’infanzia con neurodegenerazione in età
adulta (NBIA) è un gruppo eterogeneo clinicamente e geneticamente
(di locus) malattie neurodegenerative con segni extrapiramiali e deficit
intellettivo associato a depositi di ferro nei gangli basali. E’ stato
recentemente riconosciuto un sottogruppo clinico di NBIA (SENDA) con ritardo
psico-motorio, stazionario sino all’età adulta, che poi verso i 20-30 anni
evolve improvvisamente in distonia progressiva, parkinsonismo e demenza; oltre
ai depositi di Fe nel globo pallido e nella sostanza nigra questi pz hanno
caratteristiche distintive alla RM cerebrale. Il sequenziamento esonico in due
pz con SENDA (non esistente in OMIM) ha
individuato una mutazione in eterozigosi del gene WDR45 (in Xp11.23), e il
sequenziamento Sanger ha trovato mutazioni, sempre in eterozigosi, in altri 3
pz. In due è stato individuata un’anomalia di splicing e in tutti 5 una
rilevante riduzione di espressione della proteina codificata. Per chi
interessato c’è nell’articolo una buona descrizione clinica. Come nel lievito,
questa proteine ha un importante ruolo nell’autofagia e ridotta attività
autofagica è stata documentata nella linea linfoblastoide dei pz. L’effetto
sembra limitato al SNC anche se il gene è espresso in molti tessuti.
Dangerous
duet: LRRK2 and ɑ-synuclein jam at CMA. Nature Neuroscience 2013;16:375. News
& Views dei risultati di uno studio (Interplay of LRRK2 with
chaperone-mediated autophagy. Pg. 394) che ha questo sottotitolo “A report
suggests that leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) can be degraded through
chaperone-mediated autophagy (CMA) in the lysosome, and several Parkinson’s
disease–causing LRRK2 mutants impair CMA-mediated selective degradation of
cytosolic substrates”.
Il blocco il lavoro
cellulare con l’accumulo di proteine malripiegate e di aggregati proteici può
essere la causa delle principali malattie neurodegenerative. Nell’Alzheimer,
Parkinson e m. Huntington è stato documentata un’alterazione dei due pathway
proteolitici, il sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) e i lisosomi. Ma non si sa
come i diversi fattori di malattia interferiscano con la funzione proteolitica
e se sia possibile favorire la funzione di uno di questi sistemi per degradare
e eliminare l’accumulo di prodotti tossici. Nel lavoro viene studiato il
pathway di degradazione della proteina LRRK2 (leucine-rich repeat kinase 2), la proteina più frequentemente
mutata nel Parkinson familiare (MIM #607060, Parkinson 8), che, quando mutata, blocca una forma specifica di
degradazione lisosomiale (CMA)(chaperone-mediated autophagy), importante
meccanismo di autofagia che libera nei lisosomi il 30% delle proteine citosoliche per la loro degradazione. I substrati CMA hanno target
CMA specifici sulla loro superficie sede di legame del chaperone citosolico
hsc70. Il complesso substrato-hsc70 viene riconosciuto da LAMP-2A
(lysosome-associated membrane protein type 2A) che agisce come un recettore
della membrana lisosomiale e trasporta selettivamente all’interno il materiale
per la degradazione.
Nel lavoro viene studiato il meccanismo
di degradazione cellulare della proteina LRRK2; quando mutata è “maldigerita”
(i lisosomi sono il sistema digestivo cellulare, ndr) perché è alterato uno dei
motivi strutturali richiesto per il legame chaperonico. Tappa necessaria per
CMA e per la degradazione proteica specifica. Nel lavoro viene anche suggerito
il coinvolgimento dell’altro pathway, quello del sistema ubiquitina-proteasoma
(UPS) che insieme alla macroautofagia è coinvolto nella degradazione della
proteina mutante probabilmente per il blocco di CMA. Il blocco CMA determina
anche l’accumulo di α-synucleina, che è il principale componente dei corpi Lewy
nei neuroni in degenerazione, il tipico segno istologico del Parkinson. Importanti conoscenze per una
terapia.
PINK1-Phosphorylated
Mitofusin 2 Is a Parkin Receptor for Culling Damaged Mitochondria. Science
2013;340:471. I mitocondri “da rottamare” sono
eliminate con un meccanismo mitofagico (autofagia selettiva dei mitocondri) con
l’azione del prodotto di due genic he mutate causano il Parkinson, PINK1
(PTEN-induced putative kinase protein 1) e l’E3 ubiquitina ligasi Parkina. Non
si sa come interagiscano queste due proteine e partecipino alla eliminazione
dei mitocondri danneggiati. Nel lavoro in vitro si dimostra che proteine della
membrana esterna dei mitocondri, Mitofusina
(Mfn) 1 e 2, sono substrati di Parkina. La funzione di Mfn 2 è di
fungere da recettore mitocondriale della Parkina e è richiesta per il controllo
di qualità dei mitocondri cardiaci.
MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
Missing in action. Nature Reviews Genetics 14 April
2013. Research Highlight di un articolo (Finding the
sources of missing heritability in a yeast cross. Nature
2013;494:234). Dibattito acceso in Genetica umana
sulla “missing heritability”, che è la ridotta proporzione di variazioni
fenotipiche ereditabili che può essere spiegata dai loci sinora identificati
(riportato in alcune selezioni Spigolature del Gennaio 2012 e Settembre 2012
con commento di due articoli: Epistasis
dominates the genetic architecture of Drosophila quantitative traits. PNAS
2012;109:15553 e The mystery of missing heritability: Genetic
interactions create phantom heritability. PNAS 2012;109:1193). Da tempo vi sono prove del ruolo di
interazioni epistatiche (interazione non lineare tra loci polimorfici dei
caratteri quantitativi) in vari organismi (mammiferi e non). Nello studio su
Nature che viene commentato ci sono elementi per ritenere che una possibile
spiegazione risieda nella necessità di un’ampia dimensione del campione in
studio che favorisca l’identificazione di nuovi loci. Infatti nel lievito è
stata possibile l’identificazione di molti loci, ognuno con un piccolo effetto
sul fenotipo, che spiega buona parte delle ereditabilità in “senso stretto”
(l’ereditabilità in cui i fattori genetici hanno un effetto additivo).
Trans-Ethnic
Fine-Mapping of Lipid Loci Identifies Population-Specific Signals and Allelic
Heterogeneity That Increases the Trait Variance Explained. PLoS Genetics
2013;9:e1003379. Commentato da Science
2013;340:121. Relying on Our Ancestors. Ci
sono differenze tra popolazione e popolazione di linkage disequilibrium, che è la perdita di associazione di alleli
contigui, dovute a migrazioni e evoluzione divergente. Negli studi di
associazione genome-wide, che sono test
di associazione tra marcatori genetici e caratteri fenotipici, queste
differenze sono causa di scarsa significatività associativa e “missing heritability”
che richiedono, per essere individuati, l’analisi di un gran quantità di
soggetti. La maggior diversità di aplotipi in alcuni gruppi ancestrali, come
nella popolazione africana, può facilitare la localizzazione di varianti
funzionali che per un ridotto linkage
disequilibrium hanno un segnale associativo meno significativo. Nel lavoro
sono stati cercate varianti associate al metabolismo lipidico (trigliceridi,
lipoproteine a alta e a bassa densità) in popolazioni di discendenza africana,
asiatica e europea: sono state osservate variazioni complesse in loci noti e
anche nuovi loci associati con i livelli lipidici.
La
genotipizzazione trans-etnica conferma la presenza di eterogeneità allelica,
consente l’identificazione di nuovi loci, di varianti specifiche di popolazione
e limita il numero di SNP candidati per studi funzionali.
Predicting the
influence of common Variants. Nature Genetics 2013;45:339. Editoriale sugli studi di associazione dell’intero genoma
(GWAS) per malattie comuni e non comuni che ne sottolinea i notevoli risultati
(la scoperta del contributo genetico per oltre 700 malattie complesse comuni)
ma nello stesso tempo ne precisa anche i limiti, che sono la mancata
identificazione dell’intera ereditabilità (“missing heritability”)(The mystery of missing heritability:
Genetic interactions create phantom heritability. PNAS 2012;109:1193) e la
limitata applicazione clinica per la previsione di rischio.
Sono
pubblicati in questo fascicolo i risultati di varie ricerche con GWAS. In
particolare quelli ottenuti dallo studio multicentrico Collaborative
Oncological Gene-environment Study (COGS) per identificare i fattori genetici
di suscettibilità a 3 tumori comuni ormone-dipendenti quali il seno (130
centri), ovaia (100 centri) e prostata (70 centri) (iCOGS collection provides a
collaborative Model. Pg 343). NB: Illumina rende
possibile l’accesso libero degli articoli di questo Focus per i prossimi 6
mesi.
Il commento (Public health
implications from COGS and potential for risk stratification and screening. Pg 349) presenta in sintesi i risultati per la stratificazione di
rischio per questi tre tumori (sono stati individuati 49 nuovi loci per il
cancro del seno, 8 per il cancro delle ovaie e 23 per il cancro prostatico).
Questi dati sono inseriti in programmi di salute pubblica per la prevenzione
già in atto di queste comuni patologie. Le pubblicazioni sono:
Large-scale genotyping
identifies 41 new loci associated with breast cancer risk. Pg. 353
GWAS meta-analysis and
replication identifies three new susceptibility loci for ovarian cancer. Pg.
362.
Multiple independent
variants at the TERT locus are associated with telomere length and risks
of breast and ovarian cancer. Pg. 371.
Genome-wide
association studies identify four ER* negative–specific breast cancer risk loci.
Pg. 392 (*Estrogen
receptor negative)
Altre pubblicazioni GWAS sullo stesso
fascicolo.
Projecting
the performance of risk prediction based on polygenic analyses of genome-wide
association studies. Nature Genetics 2013;45:400, in sui si dimostra che l’utilità di modelli
poligenici per la previsione del rischio dipende dalle dimensioni del campione,
dall’architettura genetica e dall’inclusione, nel calcolo del rischio, di altri
fattori clinici tra cui l’anamnesi familiare (vedi anche Comparison of family history and SNPs for predicting risk of complex
disease. PLoS Genetics2012;8: e1002973)(commentato
in Nature Reviews Genetics 2012;13, Complex Disease. Family history versus
SNPs for disease predictions)(Spigolature Dic 2012).
***
Polygenic familial
hypercholesterolaemia: does it matter? Lancet
2013;381:1255. Ipercolesterolemia
familiare: >1:500 persone. Vi sono aumentati livelli ematici dalla nascita di
lipoproteine a bassa densità (LDL-C), che se non trattata (statine) porta a
precoci e ricorrenti incidenti cardio-vascolari, da mutazione del recettore LDL (LDLR),
di cui sono note oltre 1200 mutazioni, e meno frequentemente di APOB o PCSK9.Si
sta facendo largo l’idea che piuttosto che ricorrere allo screening biochimico
(LDL-C) si potrebbe più efficacemente
ricorrere allo screening genetico “a cascata” nella famiglia partendo da un
caso indice. Ma solo nel 40% delle persone con sospetta ipercolesterolemia
familiare si trova la mutazione. Nel lavoro a cui il commento fa riferimento (Use of low-density lipoprotein cholesterol gene score to
distinguish patients with polygenic and monogenic familial
hypercholesterolaemia: a case-control study. Pg. 1293) è stato studiato un ampio
campione di pz con ipercolesterolemia familiare e di controlli analizzando 12
comuni alleli noti per dare aumentati livelli di LDC-C. E’ stato calcolato un
punteggio genetico tra i casi familiari (321), quelli con mutazione di un gene
noto (vedi sopra)(319) e i controlli (3020). Risultati: una buona proporzione
di pz con ipercolesterolemia familiare senza mutazione ha un punteggio genetico
alto rispetto ai controlli, facendo pensare a un effetto poligenico, che
potrebbe compromettere lo screening “a cascata”. Ma, dato altrettanto
interessante, anche nei pz con mutazione nota c’è evidenza di un effetto
poligenico che potrebbe spiegare la notevole variabilità della penetranza anche
con la stessa mutazione (le malattie monogeniche che monogeniche non sono,
ndr). Viene presentato un interessante percorso diagnostico a tappe con il
reclutamento basato sulla ipercolesterolemia familiare per coloro che hanno ma
anche per quelli in cui non è stata trovata la mutazione dei geni su riportati.
Seven new loci associated with age-related macular
degeneration. Nature
Genetics 2013; Nature Genetics 2013;45:433. La
degenerazione maculare correlate con l’età è malattia neurodegenerativa con un’importante ereditabilità clinicamente
caratterizzata da perdita della visione centrale per la morte dei fotorecettori
e è la principale causa di cecità per le persone di età oltre i 63 anni.
I geni noti che contribuiscono a questa patologia sono quelli del sistema del complemento e una regione del
cromosoma 10 e altri geni indicati da studi di associazione. Per definire
meglio i loci implicati e identificarne altri è sorto un consorzio di 18 gruppi
di ricerca (AMD Gene Consortium) che ha
analizzato un’ampia casistica (>17.100 pz con AMD avanzata e >60.000
controlli di origine europea e asiatica). Sono stati identificati 19 loci significativamente
associati (7 nuovi) che fanno parte della regolazione del complemento, del
metabolismo lipidico, del rimodellamento della matrice
extracellulare e nell’angiogenesi. L’ereditabilità della AMD è stimata del
45-70%, il contributo di questi 19 geni ne spiega solo una parte (15-65% del
totale del contributo genetico per la malattia).
TERAPIA-SPERIMENTAZIONE
Metabolic reprogramming
in polycystic kidney disease. Nature Medicine 2013;19:407. News and Views di un articolo (Defective glucose metabolism in polycystic
kidney disease identifies a new therapeutic strategy. Nature
Medicine Pg. 488)(buona parte degli AA sono
del San Raffaele di MI). Le cellule carenti del prodotto del gene PDK1, uno dei
due geni che quando mutati sono responsabili del rene policistico autosomico
dominante (MIM PDK1 #173900 e PDK2 #613095), hanno un metabolismo riprogrammato
per usare la glicolisi aerobica (effetto Warburg)(processo metabolico caratteristico delle cellule cancerose
che assumono glucosio a una velocità molto superiore e che utilizzano una
frazione minore di quel glucosio per la produzione di energia, meccanismo
simile a quello delle cellule fetali) con la partecipazione del pathway mTOR.
Nel modello in vitro e in vivo usando un analogo del glucosio che non può
essere metabolizzato (2-deossiglucosio) si
dimostra un rallentamento della progressione della malattia cistica senza
effetti tossici di altri organi. Il commento termina così: “In
the future, perhaps manuscripts about PKD will begin with “ADPKD is a
neoplastic disorder affecting 12 million people worldwide”.
Rescue of
fragile X syndrome phenotypes in Fmr1 KO mice by the small-molecule PAK
inhibitor FRAX486.PNAS 2013;110:5671. La
s. Fragile X, la più comune malattia ereditaria dell’autismo e del deficit
intellettivo, è dovuta al silenziamento del gene FMR1. Il topo KO Fmr1 è un
buon modello di questa malattia in quanto manifesta segni simili all’uomo quali
iperattività, comportamenti ripetitivi e convulsioni e, dal punto di vista
patologico, anomalie di densità e di forma delle spine dendritiche, che sono la
sede di connessioni tra i neuroni e strutture critiche per l’apprendimento.
Ipotesi: e se riusciamo a correggere le anomalie dendritiche miglioriamo la
clinica del topo? Sì.
Come?
L’integrità e le funzionalità dendritiche dipendono dalla modulazione
dell’actina del citoscheletro e di conseguenza della regolazione delle proteine
nel pathway actinico, con il coinvolgimento del patwhay Rac/PAK che dati
sperimentali (drosofila) ci dicono che abbia uno stretto rapporto funzionale con
il gene Fmr1. In particolare sembra provato che PAK (PAK, proteino chinasi
p21-attivata, sono un famiglia -di 6 membri tra cui PAK1- di chinasi attivati
in risposta a segnali extracellulari e regolano la motilità e l’aspetto delle
cellule) e FMRP siano antagonisti tra loro per regolare il numero e l’aspetto
delle spine dendritiche, con l’ipotesi che l’inibizione di PAK comporti la
correzione del fenotipo del topo KO Frm1. Almeno questo risulta nel topo e con
una strategia genetica. Nel lavoro si prova con una strategia farmacologica
usando un potente inibitore di PARK1 che corregge non solo il fenotipo
dendritico del topo KO Frm1 ma anche quello comportamentale. E, cosa più
importante, in dose unica e nel topo adulto.
Everolimus for astrocytomas in
tuberous sclerosis. Lancet
2013;381:1274. Lettera di richiesta
di più informazioni sui risultati della terapia con everolimus nella
sclerosi tuberosa per il controllo dello sviluppo degli astrocitomi subependimali,
che interessano il 5-15% dei pz (Efficacy and safety of everolimus for
subependymal giant cell astrocytomas associated with tuberous sclerosis complex
(EXIST-1): a multicentre, randomised, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet
2013;381:125)(Articoli interesse Gennaio 2013).
La lettera in particolare sottolinea la necessità di
conoscere meglio l’effetto della terapia sull’evoluzione dell’idrocefalia che è
una delle frequenti complicazioni dell’astrocitoma.
La risposta sottolinea che l’idrocefalia nel loro
studio era un criterio di esclusione e che non è stato poi riscontrato
nell’evoluzione dei casi trattati. La risposta conclude con un dato di
interesse: la terapia con everolimus ha portato anche alla riduzione degli
angiolipomi renali e angiofibromi facciali (vedi sempre nella Selezione del Gen
2013: Everolimus for angiomyolipoma associated with tuberous sclerosis complex
or sporadic lymphangioleiomyomatosis (EXIST-2): a multicentre, randomised,
double-blind, placebo-controlled trial. Lancet
2013;381: 817).
TALEN-based Gene Correction for Epidermolysis Bullosa.
Molecular
Therapy 2 April 2013, | doi:10.1038/mt.2013.56 (non ho il pdf ma solo l’abstract)
commentato da Nature del 2 May 2013 (Enzymes fix disease genes). L’epidermolisi bollosa distrofica recessiva
(MIM #226600)(RDEB) è una grave malattia cutanea che dalla nascita
comporta la ricorrenza di vesciche a
livello della sub-lamina densa sottostante la membrana basale, che comportano
cicatrici mutilanti delle giunture e delle estremità e stenosi
gastrointestinali, con il rischio di sviluppare un carcinoma aggressivo delle
cellule squamose. Forme alleliche sono la forma dominante con fenotipo meno
grave (MIM #131750) e la Distrofia congenita ungueale 8 (MIM #607523), sempre
AD, che segregano in una parte di genitori di pz con RDEB. Il difetto
molecolare è la carenza di collagene VII codificato da COL7A1.
Viene verificata la
possibilità di utilizzare una relativamente nuova tecnica di ingegneria
genetica (TALEN)(transcription activator–like effector
nucleases) che taglia il DNA in siti specifici con la riparazione che modifica la
sede mutata del gene (vedi Genomic cruise
missiles. Science 2012;338:1526)(Spigolature Dicembre 2012) nelle cellule
di fibroblasti primari di pz con questa malattia. Le cellule del pz così
modificate vengono riprogrammate in cellule staminali pluripotenti che hanno
una normale espressione proteica e che in vivo mostrano di svolgere l’attività
specifica. Quindi un buon modello per la terapia.
ETICA
Committee on Bioethics et al. Ethical and policy issues in
genetic testing and screening of children. Pediatrics 2013;131:620) e
comment (non ho il pdf)(Technical
report: ethical and policy issues in genetic testing and screening of children.
Genet. Med. 2013;15:234). Rapporto tecnico sullo screening genetico nei
bambini, nei neonati sono per un limitato numero di condizioni e quando
l’intervento è efficace. Non per le malattie a insorgenza tardiva. Il rapporto
della società di pediatria americana e della società di genetica medica e genomica,
sempre americana, è già stato presentato tra gli articoli di Marzo a cui
rimando. Il commento di Science del mese scorso (Return of Unexpected DNA Results Urged. Science
2013;339:1507) si dice
“scioccato” perché cozza contro il principio del “non voler sapere”.
L’argomento è estremamente interessante e lascia aperto il dibattito.
Anonymity of sperm donors
under threat. Nature 2013;496:679. Vedi altre precedenti segnalazioni.
Reale rischio che i donatori di gameti venga
individuati nonostante al momento della donazione abbiamo chiesto l’anonimato.
Ma risalire al donatore non è stato difficile per il caso pubblicato su Slate
il 1 Marzo 2010 da R. Lehmann-Haupt : …… Fast forward to some years later, when a mother who’d used his sperm to
conceive a child saw some troubling autism-like symptoms in her daughter and
wondered where they might have come from. She tracked down others who’s used
that donor to conceive through the Donor Sibling Registry and connected with
several other families whose children has similar symptoms.
That wasn’t enough for her,
though, so someone from the group suggested she use a genetic testing service.
Because only certain identifying cells are passed to a daughter from a father,
and most unique information comes on the Y chromosome passed from father to
son, she approached another family to submit a cheek swab. Throught searching
the genetic testing company’s website, she found two other families with similar
DNA, and from there tracked down her donor. E quindi “Companies selling personal genetic testing therefore
have a responsibility to inform customers about the potential risk of privacy
breaches, as do clinics accepting gamete donors”.
Preventing Prejudice in Genome Profiling. Science
2013;340:273. Lettera di commento a una review “DIAGNOSTIC
CANCER genome sequencing and the contribution of germline variants,” special
section on Cancer Genomics, 29 March, p. 1559) in cui si sottolinea la rivoluzione
della ricerca sul cancro usando le nuove tecnologie genetiche come NGS che
consente l’identificazione di una predisposizione a svilupparne una, come
prevenirle e come curarle. Questo avanzamento della scienza trascura però la
diseguaglianza razziale in USA per l’accesso alle cure con importanti
miglioramenti terapeutici che riguardano malattie che colpiscono gruppi con più
alto stato socio-economico. Il timore allora è che NGS approfondirà ancor più
questo divario promuovendo terapie per determinate classi sociali con mercato
più lucrativo. Occorrono interventi di salute pubblica che assicurino equità
nella scelta degli obiettivi del mercato farmaceutico globale (pensando alle
variazioni genetiche etnia-specifiche questo potrebbe valere anche per patologie
genetiche non tumorali, ndr).