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
****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)
*****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
***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.
