Selezione articoli Genetica Clinica/Umana Aprile 2014. R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Aprile 2014 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.

New entry British Medical Journal.

ARTICOLI DA NON PERDERE:

Up and down in Down’s syndrome. Nature 2014;508:323. “Up” and “down” si riferisce all’espressione genica e questa News & Views riguarda un articolo sullo stesso fascicolo (Domains of genome-wide gene expression dysregulation in Down’s syndrome. Pg. 345) in cui si dimostra che in un bambino con s. Down i domini genomici, normalmente associati a livelli bassi o a livelli alti di espressione, hanno livelli di espressione nell’intero genoma esattamente opposti rispetto a quelli del gemello monozigote senza trisomia. Questo fa pensare che la trisomia alteri i profili di espressione genica e non solo quelli del cromosoma coinvolto. Questa alternanza di regioni differentemente è rilevabile anche nel topo modello della +21 e con domini di espressione corrispondenti allo loro localizzazione cromosomica dell’uomo. Altra osservazione importante è che nella +21 vi è un generale appiattimento di queste oscillazioni. In sintesi quindi la presenza di un cromosoma 21 soprannumerario interferisce con la capacità della cellula di regolare l’attività trascrizionale. Perché? Un possibile meccanismo potrebbe essere che la sovraespressione di uno o più geni, come il gene HMGN1 che compete con l’istone H1, e che potrebbe aumentare l’accessibilità cromatinica.

Come sempre i risultati della ricerca “raise more questions than they answer, and open the door to exciting further research”. Sarebbe utile sapere se questo succede anche per altre aneuploidie, tra cui quelle dei cromosomi sessuali che hanno un fenotipo, in termini di malfromazioni e deficit intellettivo, molto diverso da quelle degli autosomi.

 

Guidelines for investigating causality of sequence variants in human disease. Nature 2014;508:469. Vi è l’assoluta necessità, se vogliamo che la ricerca genomica abbia un’importante, come tutti ci auguriamo, applicazione clinica, di disporre linee guida chiare su come considerare una variante genetica, altrimenti corriamo il rischio di ottenere un numero ingestibile di risultati falsi positivi che ostacolano la diagnosi e la comprensione della base biologica delle malattie. In questo lavoro sono proposte alcune line guida per l’attribuzione del criterio di patogenicità ad una variante (Box 2), con General guidelines, Assessment of evidence for candidate disease genes, Assessment of evidence for candidate pathogenic variants e, molto importante, Publications and reporting.

 

All together now for variant interpretation. Nature Reviews Genetics April 2014;15. Research Hightlights. Commento sulla nuova tecnica bioinformatica per l’interpretazione delle SNV e piccolo ins e del che offre considerevoli vantaggi ed efficienza rispetto a quelle note: Combined Annotation- Dependent Depletion (CADD)(A general framework for estimating the relative pathogenicity of human genetic variants. Nature Genetics 2014;46:310)(Vedi selezione Articoli Marzo 2014).

 

Gather and use genetic data in health care. Nature 2014;508:451. Commento il cui sottotitolo è: “Research into how genetic variants can guide successful treatments must become part of routine medical practice and records”. Prima del completamento del progetto del genoma umana erano note 60 varianti genetiche che venivano usate nella pratica clinica, in gran parte per gravi condizioni in età pediatrica.

Disponiamo, anche se poco usati, di alcuni strumenti genetici per guidare la cura per alcune malattie (in tabella vengono portati 5 esempi di “Genes that doctors use”, 4 di farmacogenetica e uno, BRCA, di prevenzione chirurgica. Vi è la necessità di verificare nella pratica clinica l’efficacia delle varianti che conosciamo, in altre parole “health sys­tems should embrace research”. In USA molte iniziative vanno in questo senso e nell’articolo vengono citati alcuni ospedali (Children’s Mercy Hospital in Kansas City, il Baylor College of Medicine in Houston, il Medi­cal College of Wisconsin in Milwaukee) che ricorrono routinariamente al sequenziamento genomico per studiare quelle malattie per le quali mancano gli strumenti diagnostici. Un altro esempio di integrazione ricerca-clinica è costituito dal The Electronic Medical Records and Genomics (eMERGE), un consorzio di 9 istituti che usano una cartella clinica elettronica e condividono le informazioni raccolte ed elaborate in algoritmi per aiutare i clinici nel loro lavoro. E molti altri esempi in tutto il mondo. Interessante la lista delle cose da fare, tra cui i compiti del Clinical molecular geneticist e del Genetic counsleor (una spinta per sviluppare la Genetica Clinica e introdurla finalmente, se ne parla da anni, nella routine clinica di tutte le specialità, non solo una specialità di nicchia per la diagnosi delle malattie rare, ndr).

AUTISMO - M. PSICHIATRICHE

A SWI/SNF-related autism syndrome caused by de novo mutations in ADNP. Nature Genetics 2014;46:380 (tra gli AA alcuni italiani). Enorme eterogeneità genetica dell’autismo (aneuploidie, CNV, geniche) in cui anche la più frequenta causa non raggiunge l’1% degli affetti con mutazioni spesso uniche non ricorrenti. L’applicazione del sequenziamento dell’intera parte codificante del genoma ha consentito un successo diagnostico nel 16-50% dei casi. Utilizzando successive tappe diagnostiche con WES in pz con autismo e dismorfismi è stata documentata una mutazione causativa de novo con perdita di funzione del gene

ADNP in 10 pz su 5.776 (0.17%). Il fenotipo è caratterizzato da autismo con grave deficit intellettivo, disturbi comportamentali, malformazione cardiaca (DIA) e dismorfismi (fronte prominente con linea dei capelli alta, eversione delle palpebre, ponte nasale ampio, labbro superiore sottile e filtro lungo e piano).

ADNP è un fattore di trascrizione coinvolto nel complesso SWI/SNF (BAF) di rimodellamento cromatinico.

 

Autism diagnoses in the US rise by 30%, CDC reports. BMJ 2014;348:g2520. News su un documento di Centers for Disease Control and Prevention (Prevalence of autism spectrum disorder among children aged 8 years—Autism and Developmental Disabilities Monitoring Network, 11 sites, United States, 2010. MMWR Surveillance Summaries . 2014;63:1-21) http://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/ss6302a1.htm?s_cid=ss6302a1_w

Viene riportato un incremento del 30% delle diagnosi di autismo nel 2010 (1:68, che corrisponde al 14.7:1.000, la prevalenza dell’autismo in bambini USA contro 1:88 riportata nel 2012 negli anni precedenti) sottolineando che non sono cambiati né i criteri diagnostici né la sorveglianza, con variazioni da stato e stato (21.9:1.000 nel New Jersey e 5.7:1000 in Alabama) e con significativa maggior frequenza nei maschi (23.7:1,000) rispetto alle femmine (5.3:1.000) e nei bianchi (15.8:1.000) rispetto ai neri americani (12.3:1.000) e agli ispanici (10.8:1.000).

Il 46% ha un QI ≥ 85 (soprattutto i bianchi), il 23% borderline con QI 71-85 e il 31% un QI ≤70.

L’incremento di prevalenza riguarda soprattutto bambini con autismo con QI ≥ 85.

Non si può escludere che questo sia dovuto a un miglior accertamento (vedi subito sopra). Rimane allora la necessità di migliorare la standardizzazione delle tecniche diagnostiche, un miglior accertamento in alcuni gruppi sociali per una diagnosi precoce che consenta di applicare tempestivamente gli accertamenti specifici.

Nature Outlook: Schizophrenia. Nature 2014;508:S1. Schegge di speranza dalle ricerca per questa comune e invalidante malattia. Centinaia di geni associati, ma risolti i vecchi problemi se ne pongono continuamente di nuovi. Ancora difficoltà di trovare farmaci adeguati, si spera in aiuto nell’individuazione di nuovi dai modelli animali. Una lezione ci può venire dai paesi emergenti in cui il decorso sembra grave rispetto a quello che sappiamo nei paesi sviluppati. Ci sono anche novità per la diagnosi e per interventi precoci.

Aetiology. S2 Searching for schizophrenia’s roots. Brain chemistry may yield new treatments

Language. S4 Lost in translation. Can speech problems tell us what’s wrong?

Genetics S6. Unravelling complexity From genomes to drug targets.

Drug development. S8 The modelling challenge. Animals help the search for therapies.

Therapeutics. S10 Negative feedback. Looking for the feel-good factor.

Prevention. S12 Before the break. The benefits of spotting the early signs.

Developing countries. S14 The outcomes paradox. Can the West learn from poorer nations?

Ageing. S16 Live faster, die younger. Getting old before their time.

Perspective.

S18 Retreat from the radical. Research strategy reforms go too far.

S20 Revealing molecular secrets. The growing challenge of schizophrenia genetics.

Collection.

S21 Diverse types of genetic variation converge on functional gene networks involved in Schizophrenia.

S27 Mosaic copy number variation in schizophrenia.

S32 A Randomized Exploratory Trial of an Alpha-7 Nicotinic Receptor Agonist (TC-5619) for Cognitive

       Enhancement in Schizophrenia.

S40 Schizophrenia as a pathway disease.

S41 Schizophrenia, social environment and the brain.

S44 Genome-wide significant associations in schizophrenia to ITIH3/4, CACNA1C and SDCCAG8, and

       extensive replication of associations reported by the Schizophrenia PGC.

Genetic variation associated with euphorigenic effects of d-amphetamine is associated with diminished risk for schizophrenia and attention deficit hyperactivity disorder. PNAS 2014;111:5968. L’analisi mediante GWAS ha identificato alcuni SNP associati a due patologie, schizofrenia e deficit di attenzione con iperattività. Questi stessi SNP sono stati trovati associati in volontari agli effetti euforizzante dell’amfetamina, i cui effetti psicostimolanti sono dovuti all’aumento dei livelli sinaptici di dopamina. Questo rinforza la vecchia ipotesi che la dopamina abbia un ruolo in queste due patologie. In particolare è stato osservato che gli alleli associati con un’aumentata risposta euforica all’amfetamina sono associati a un ridotto rischio di schizofrenia e ADHD. Questo vuol dire che un farmaco può svelare la predisposizione a queste malattie. Nel lavoro si sottolinea inoltre che studi con GWAS possono essere condotti anche su piccoli campioni se si scelgono opportunamente gli SNP.

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE

Converging on neurodegenerative Mechanisms. Nature Genetics 2014;46:317. Ci si sta rendendo conto che le malattie neurodegenerative correlate con l’età hanno dal punto di vista patogenetico molti aspetti in comune, come l’accumulo di proteine malripiegate, ma anche differenze, argomento questo discusso nel recente Keystone Symposia sulla m. Parkinson e sulla m. Alzheimer del Marzo 2014 (http://www.keystonesymposia.org/14Q7 e http://www.keystonesymposia.org/14Q8). Nonostante gli insuccessi terapeutici in numerose sperimentazioni cliniche per l’Alzheimer le prospettive terapeutiche con anticorpi anti amiloide e inibitori β secretasi sembrano buone soprattutto nelle persone asintomatiche ad alto rischio di sviluppare la malattia e individuate tramite biomarcatori (misurazione della proteina tau e beta-amiloide nel liquor cefalorachidiano). In questo editoriale si sottolineano i risultati della recente ricerca e le nuove informazioni che si stanno raccogliendo sul network genetico e dei meccanismi patogeni con l’utilizzo di cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), che offrono la possibilità di verificare in queste cellule l’effetto della mutazione e l’effetto del background genetico.

Aβ-induced Golgi fragmentation in Alzheimer’s disease enhances Aβ production. PNAS 2014;111:E1230. Nell’Alzheimer la formazione di aggregati di proteina β-amiloide è dovuta al clivaggio della proteina precursore amiloide (APP) durante il suo spostamento all’interno delle cellule nervose. L’apparato di Golgi ha un significativo ruolo nel traffico APP. Si dimostra che nell’Alzheimer l’accumulo di β-amiloide favorisce la frammentazione delle strutture di Golgi tramite l’attivazione di cdk5 (chinasi ciclina dipendente 5) che fosforila le proteine strutturali di Golgi come GRASP65. In vitro e in vivo (modello animale) l’inibizione di cdk5 o l’espressione della proteina mutante GRASP65 non fosforilata restituisce la normale struttura del Golgi e riduce la secrezione di β-amiloide aumentando l’α-clivaggio di APP (vedi ADAM10 Missense Mutations Potentiate b-Amyloid Accumulation by Impairing Prodomain Chaperone Function Neuron 2013;80:3859)(Selezione articoli Novembre 2013). Possivile via terapeutica.

Potential Alzheimer’s Drug Spurs Protein Recycling. Science 2014;344:351. Il sottotitolo potrebbe essere una raccomandazione valida non solo per l’Alzheimer (AD), per ogni evenienza: Recycle, don’t trash. Si tratta di una proposta terapeutica ricorrendo a un farmaco che favorisce il ritorno di APP (precursore dell’amiloide β) alla superficie del neurone prevenendo la formazione e accumulo di β amiloide tossica nell’endosoma. La storia: noto il fatto che nell’ippocampo, area tipicamente danneggiata nell’AD, contiene una ridotta quantità minore di retromero (complesso proteico importante per il riciclo dall’interno alla membrana esterna) rispetto ad aree più resistenti. E’ stato preparata una molecola chaperonica che stabilizza il complesso retromero e che nel modello murino di AD che esprime una proteina APP mutante aumenta la quantità di retromero del 50% e riduce del 39% i livelli di β amiloide nei neuroni. E’ ancora da vedere se la sua azione sia compatibile con la normale vita cellulare e se l’accumulo di β amiloide nella AD riguardi solo l’endosoma. Un analogo meccanismo patogenetico di accumulo proteico vale per altre malattie neurodegenerative, che potrebbero essere curate con un analogo approccio.

Cystathionine c-lyase deficiency mediates neurodegeneration in Huntington’s disease. Nature 2014;509;96. M. Huntington, malattia AD da mutazione da espansione di ripetizione poliglutamnica (COG) del gene codificante la huntingtina che provoca stress ossidativo, neurotossicità, danni del corpo striato, che regola la funzione motoria, con conseguenti anomalie motorie e comportamentali. Nel lavoro viene dimostrata un’importante carenza nei tessuti di pz con HD, di cistationina gamma-liasi (CSE), che è l’enzima biosintetico della cisteina. Il deficit enzimatico si produce a livello trascrizionale e sembra sia dovuto all’effetto della huntigtina mutata su un attivatore trascrizionale di CSE. La supplementazione con N-acetilcisteina in cellule in coltura di pz con HC normalizza l’attività enzimatica; lo stesso nel modello murino di questa malattia. Una possibile via terapeutica.

Mutant Huntingtin promotes autonomous microglia activation via myeloid lineage-determining factors. Nature Neuroscience 2014;17:513. (Tra gli AA anche una senatrice). Con approccio genome wide documentati elevati livelli e dell’attività trascrizionale di un fattore di trascrizione (PU.1, che è espresso nelle cellule ematopoietiche) e dei suoi geni bersaglio nell’encefalo di pz con m. Huntington e nel modello murino di questa patologia. La microglia che esprime la huntingtina mutata ha un’aumentata capacità di indurre la morte dei neuroni in presenza di infiammazione senza infezione. E’ stato quindi identificato un inatteso ruolo della huntingtina mutata nell’alterare la regolazione della microglia la cui attivazione costituisce quindi un anello della catena patogenetica della m. Huntington.

Growth and folding of the mammalian cerebral cortex: from molecules to malformations. Nature Reviews Neuroscience 2014;15:217. Meccanismi molecolari della morfogenesi della corteccia cerebrale, inclusa la regolazione dell’espansione delle cellule progenitrici neurali e dello spessore corticale.

La formazione delle dimensioni corticali è sotto controllo di geni codificanti proteine e microRNA. Le malattie neurologiche con alterazione dello sviluppo e della girazione (ripiegamento) corticale hanno indicato nuovi meccanismi neurogenetici e alterati pathway di segnale facendoci capire meglio l’evoluzione cerebrale e aprendo nuove prospettive terapeutiche per alcune malattie neurologiche.

Viene anche mostrato l’aspetto dell’encefalo di Einstein che ha una non comune morfologia girale, di dimensioni e di configurazione dei giri intorno alla fessura silviana, soprattutto dei lobi parietali.

Disturbance of endoplasmic reticulum proteostasis in neurodegenerative diseases. Nature Reviews Neuroscience 2014;15:233. Un’equilibrata omeostasi proteica (proteostasi) richiede un sistema coordinato di efficiente ripiegamento proteico e dei meccanismi di controllo di qualità che prevengano il rischio di aggregazione proteica. Il network di ripiegamento proteico richiede chaperoni citoplasmatici e del reticolo endoplasmatico (ER) che assicurano un normale ripiegamento delle proteine citoplasmatiche appena formate. La proteostasi viene assicurata, nel caso di stress cellulare caratterizzato dall’incremento di proteine malripiegate, dall’attivazione di un network di segnale conosciuto come “unfolded protein response” (UPR).

Recentemente si è posta l’attenzione sul ruolo chiave di UPR nella normale funzione neuronale e del suo coinvolgimento nelle malattie neurodegenerative. In questa overview vengono presentati gli aspetti più recenti della rilevanza biologica dello stress del reticolo endoplasmatico nel sistema nervoso. In particolare nelle malattie come Alzheimer, Demenza fronto-temporale, ALS, Parkinson, Huntington, m. Creutzfeldt–Jakob. Vengono anche presentate le strategie diverse di manipolazione di UPR in modelli preclinici per una terapia di varie condizioni neurodegenerative, genetiche e non genetiche. Da questi studi risulta che vi sono moduli distinti UPR che controllano specifici eventi cellulari che interessano malattie cerebrali tramite meccanismi separati.

Multiplying Messages LRRK beneath Parkinson Disease. Cell 2014;157:291. Commento di un articolo (Ribosomal Protein s15 Phosphorylation Mediates LRRK2 Neurodegeneration in Parkinson’s Disease. Pg. 472) relativo alla funzione del gene LRRK2 le cui mutazioni sono una causa frequente di Parkinson familiare: La proteina LRRK2 è chiamata “swiss army knife” (coltellino svizzero) per le sue funzioni multiple per i molti domini e per l’interazione con molte proteine e complessi proteici (vedi Unbiased screen for interactors of leucine-rich repeat kinase 2 supports a common pathway for sporadic and familial Parkinson disease. Pg. 26262)(Articoli Febbraio 2014). Di questi vari substrati risulta svolgere, in base a studi in modelli animali e in vitro di cellule umane, una funzione molto importante nel processo neurodegenerativo la fosforilazione della proteina ribosomiale s15.

NGS/GENETICA UMANA/CLINICA

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Current concepts and clinical applications of stroke genetics. Lancet Neurology 2014;13:405.

Vi sono rare mutazioni altamente penetranti causa di ictus (accidente cerebrovascolare) mendeliano, ma sono note anche varianti genetiche comuni poco penetranti con effetti sulla gravità e sull’esito. E sono note anche varianti genetiche di pathway biologici coinvolti nella fisiopatologia delle malattie cerebrovascolari come la pressione arteriosa e la fosforilazione ossidativa.

Questa Review parte sottolineando che l’ictus è un sindrome non una malattia e che sono state definiti vari sottotipi che hanno favorito per alcuni di questi l’individuazione della loro base genetica. Idealmente in futuro sarà possibile la suddivisione in sottotipi su base della clinica, delle neuroimmagini e della genetica rendendo possibile una medicina di precisione (individualizzata). In Tab. 2 le m. mendeliane che includono l’ictus ischemico (n° 9) o emorragico (n° 2) e in Tab. 3 le varianti genetiche associate all’ictus ischemico (n° 6) o emorragico (n° 5). L’ictus emorragico ha un’ereditabilità del 29% con un rischio per consanguinei  che differisce nei vari studi (da 2 a 6 volte quello della popolazione generale). Vengono anche considerati gli endofenotipi (caratteri considerati dei fattori di rischio per lo sviluppo della malattia e in qualche caso anche il suo decorso) come le iperintensità della sostanza bianca (comune con l’età) che a sua volta ha un’ereditabilità elevata (50-80%).

Clinicamente il sospetto di ictus mendeliano sorge ovviamente per l’aggregazione familiare, la precoce età di comparsa (IMP: l’ictus in giovane età per causa non note è una precisa indicazione per l’analisi del gene GLA della m. Fabry), gravità e la cui diagnosi favorisce per il pz la terapia e il riconoscimento del rischio ricorrenza per i familiari. Per le varianti genetiche vengono menzionate le informazioni di farmacogenetica collegate a questa patologia (es. per la varfarina, clopidogrel antiaggregante piastrinico, dabigatran inibitore della trombina ecc.). Interessante la Fig.2 che sintetizza bene quello che sarà la medicina personalizzata che mettendo insieme i fattori di rischio ambientali con quelli genetici potrà individuare il rischio di ictus ischemico (cardioembolico, dei grossi vasi, e quello emorragico) per una prevenzione e una terapia individuale.

*** (contrordine compagni)

Zinc transport and diabetes risk. Nature Genetics 2014;46:323. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Loss-of-function mutations in SLC30A8 protect against type 2 diabetes. Pg. 357) sulla identificazione di una variante protettiva del Diabete 2. Era nota da studi GWAS una variante comune del gene SLC30A8, codificante la proteina ZnT che trasporta lo zinco citosolico nei granuli secretori a nucleo denso stabilizzando gli esameri insulinici, che era stata considerata come una variante a rischio per DM2. Si era quindi concluso che la bassa attività del trasporto dello zinco alterasse l’omeostasi glucidica e contribuisse al rischio di diabete, suggerendo quindi che l’aumento di questa funzione avesse funzioni terapeutiche. Nel lavoro applicando l’analisi genetica e lo studio GWAS di ~150.000 persone di 5 diversi gruppi ancestrali si conclude che mutazioni rare con perdita di funzione del gene SLC30A8 hanno un effetto protettivo per lo sviluppo del DM2.

Quindi si individua in questo gene il motivo del segnale di associazione con DM2 ripetutamente suggerito dagli studi GWAS, ma si arriva a conclusioni opposte a quelle a cui sono arrivati gli studi precedenti e, soprattutto, con opposto suggerimento terapeutico suggerendo esperimenti in cui si testi l’inibizione di ZnT8 per la terapia diabetica.

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Insights into monogenic disease. April 2014;15. Research Hightlights. Commento dell’articolo Mutation-dependent recessive inheritance of NPHS2-associated steroid-resistant nephrotic syndrome. Nature Genetics 2014;46:299 (Vedi selezione Articoli Marzo 2014) che anche per altre malattie recessive, oltre alla sindrome descritta, possa verificarsi quanto trovato, cioè che una variante comune diventi patogena solo se è presente una mutazione specifica nell’altro allele.

*** (interessante per la clinica nel caso di bambini di origine turca)

Human CLP1 Mutations Alter tRNA Biogenesis, Affecting Both Peripheral and Central Nervous System Function. Cell 2014;157:636.

CLP1 Founder Mutation Links tRNA Splicing and Maturation to Cerebellar Development and Neurodegeneration. Cell 2014;156:651. La sintesi e il processamento di tRNA sono processi fondamentali per tutte le cellule, ma le mutazioni di geni della trascrizione e maturazione di tRNA sono principalmente causa di anomalie neuronali, come la Neuropatia Charcot-Marie-Tooth, l’Atassia spastica con leuocoencefalopatia, l’Atrofia muscolare spinale distale, l’Ipoplasia ponto-cerebellare tipo 6) per mutazioni di geni codificanti amminoacil tRNA sintetasi, mentre altre Ipoplasie pontocerebellari da mutazioni di geni codificanti subunità dello splicing tRNA. Nei due lavori si dimsotra che una stessa mutazione della RNA chinasi CLP1 (cleavage and polyadenylation factor I subunit 1) dello splicing tRNA, altera la biogenesi tRNA e favorisce la suscettibilità apoptotica determinando un complesso fenotipo neurologico centrale e periferico con grave deficit motorio e sensoriale, disgenesia corticale e microcefalia.

Nel primo lavoro viene presentato il risultato del sequenziamento esomico (WES) in 5 famiglie con 11 affetti non correlate viventi in un’area della Turchia dell’est; è stata individuatao una stessa mutazione missenso in omozigosi che altera l’interazione di CLP1 con il complesso TSEN (endonucleasi dello splicing tRNA). Probabile un effetto fondatore con mutazione in omozigosi per endogamia (incroci di individui dello stesso clan)(clan genomics hypothesis). Ampia descrizione di quello che succede nel modello murino di mutazioni di questo gene.

Nel secondo lavoro sono state studiate con WES 2.000 famiglie, in gran parte di consanguinei, con figlio/a con malattia neurologica. Trovate 4 famiglie turche indipendenti con mutazione in omozigosi di CLP1, la stessa missenso dell’altro lavoro. Prosegue con studi in vivo (zebrafish) e in vitro (cellule di pz).

Distinctive properties of identical twins’ TCR repertoires revealed by high-throughput sequencing. PNAS 2014;111:5980. L’immunità adattativa (acquisita, è una risposta immunitaria con adattamento alle varie infezioni) è assicurata dalla cellule B e T che hanno rispettivamente sulla loro superficie i recettori delle cellule B (BCR) e delle cellule T (TCR). Queste molecole ipervariabili sono responsabili del sistema adattativo in quanto potenzialmente riconoscono gli agenti estranei e stimolano la risposta immunitaria specifica. Il repertorio TCR in ogni persona è inizialmente formata da ricombinazione genomica con successiva selezione positiva o negativa a vari stadi di maturazione e di attivazione. In questo lavoro, utilizzando NGS in 3 paia di gemelli MZ, si vuole individuare la componente genetica della risposta immunitaria delle TCR. Si osserva che i repertori TCR in due persone hanno la stessa quantità di recettori identici, ma i gemelli MZ condividono certi specifici aspetti.

Glycosylation, Hypogammaglobulinemia, and Resistance to Viral Infections, NEJM 2014;370:1615. Mutazioni del gene MOGS, che codifica il primo enzima del pathway degli oligosaccaridi N-legati (glucosidasi mannosio-oligosaccaride), sono causa di un raro disturbo congenito della glicosilazione (CDG-IIb o MOGS-CDG), parte di un gruppo di malattie in cui vi è un’alterata sintesi glicoproteica. Vengono descritti due fratelli con questa malattia che hanno oltre ad una complessa patologia neurologica (atrofia cerebrale, ipoplasia del corpo calloso, atrofia ottica, ipoacusia NS, ipotonia muscolare e ritardo psico-motorio), fratture scheletriche ripetute, stipsi, una grave ipogammaglobulinemia e, paradossalmente, una ridotta propensione alle malattie infettive. L’ipogammaglobulinemia è dovuta a una ridotta emivita delle immunogolobuline, mentre la ridotta suscettibilità alle infezioni batteriche e virali è da ricondursi ad un’ostacolata replicazione e penetrazione cellulare dei virus.

High-Resolution Genomic Analysis of Human Mitochondrial RNA Sequence Variation. Science 2014;344:413. Mitochondrial posttranscriptional variation is common among humans and can be attributed to a nuclear gene.

Distinct phenotype of a Wilson disease mutation reveals a novel trafficking determinant in the copper transporter ATP7B. PNAS 2013;111:E1364. La malattia Wilson (UD)(MIM #277900) è caratterizzata da un accumulo di rame intracellulare con secondarie patologie epatiche e neurologiche, la cui presentazione clinica molto variabile pone problemi diagnostici e terapeutici. Il gene mutato è ATP7B, un trasportatore di rame nei cuproenzimi neosintetizzati nel trans-Golgi network (TGN)(complessa rete fatta di membrane e vescicole) e che esporta l’eccesso di rame dal  TGN alla membrana plasmatica. Ricorrendo ad un sistema multidisciplinare (clinico, cellulare, computazionale) è stata caratterizzata una mutazione patogena (ATP7B^S653Y) che ha normale attività di trasporto ma manca della capacità di traffico dal TGN alla membrana plasmatica. E’ quindi un nuova classe funzionale di mutazioni WD. La classificazione funzionale di tutte le mutazioni può probabilmente facilitare una scelta terapeutica più specifica per la WD.

Whole-exome sequencing reveals LRP5 mutations and canonical Wnt signaling associated with

hepatic cystogenesis. PNAS 2014;111:5343. Le malattie epatiche policistiche (PLD) sono un gruppo di malattie ereditarie con proliferazione e differenziazione anomala dell’epitelio dei dotti biliari. Le due maggiori forme sono la malattia policistica renale AD (ADPKD)(due geni malattia PKD1 e PKD2), malattia frequente (1:4,.000-1:1.000 persone) che porta all’insufficienza renale e nell’80% dei casi vi sono anche cisti multiple epatiche, e la malattia epatica policistica isolata (PCLD)(MIM #174050)(due geni malattia: PRKCSH e SEC63) in cui manca il coinvolgimento renale, anche se pochi pz possono avere qualche sporadica cisti renale. Le proteine PKD1 e 2 sono localizzate nel cilio e sono importanti per la morfogenesi del tubulo renale e nel sistema di segnale che include il pathway Wnt. Le proteine di PRKCSH e SEC63 sono localizzate nel reticolo endoplasmatico e sono coinvolte nel processamento e nel ripiegamento delle proteine glicosilate, e il pathway Wnt sembra essere deregolato da un partner di SEC63 durante lo stress ossidativo. A differenza di ADPKD solo nel 25% dei pz con PCLD si trova una mutazione dei due geni. Sequenziamento dell’intero genoma in 4 famiglie con più affetti da PCLD: 4 mutazioni diverse del gene LRP5 (low density lipoprotein receptor related protein 5). Gli studi funzionali dimostrano che le mutazioni trovate riducono l’attivazione del segnale Wnt. In generale quindi alterazioni di questo pathway sono implicate nella formazione delle cisti epatiche.

Mutations in the DNA methyltransferase gene DNMT3A cause an overgrowth syndrome with intellectual disability. Nature Genetics 2014;46:385. Molte sindromi da sovracrescita non sono familiari per cui è giustificata la ricerca di mutazioni de novo quando non c’è diagnosi.

In un primo approccio con sequenziamento esomico di 10 persone con sindrome da sovracrescita è stata trovata in due una mutazione del gene DNMT3A, codificante una metiltrasferasi, interessante perché interagisce con un altro gene, EZH2, le cui mutazione danno luogo a una sindrome con sovracrescita (s. Weaver, MIM #277590). Questo gene è stato studiato con Sanger in altri 142 pz con sovracrescita negativi per NSD1, EZH2 e PTEN e con normale regolazione della regione 11p15. Sono stati trovati altri 11 soggetti con mutazione di questo gene (totale 13 diverse mutazioni de novo di DNMT3A in 152 affetti), 10 missenso, 2 piccole inserzioni con frameshift e 1 delezione in-frame.

Fenotipo: dismorfismo facciale (abbastanza) caratteristico (faccia rotonda, sopracciglia orizzontali spesse, fessure palpebrali strette (in un pz, negli altri poco evidente dalle foto, ndr), altezza da +1.8 a 4.2 DS dalla media, circonferenza cranica da +1.8 a 4.2 DS dalla media, deficit intellettivo medio-lieve e altri segni (DIA o altra anomalia cardiaca ecc.). Gene quindi che si aggiunge ad altri geni della sovracrescita e che regolano la trascrizione tramite la modificazione istonica e il rimodellamento cromatinico.

Mutations in TJP2 cause progressive cholestatic liver disease. Nature Genetics 2014;46:326. La colestasi intraepatica familiare progressiva (PFIC) è una patologia epatica a inizio precoce che ha, a differenza dei altre forme di colestasi, normali livelli sierici di GGT (gamma glutamil transferasi). Sono noti due geni causativi (ATP8B1 della PFIC1, OMIM #211600 e ABCB11della PFIC2 #601847, allelico per la colestasi intraepatica ricorrente benigna 2 #6045479). Ma un terzo delle persone con PFIC sono negative a questi due geni. Sono state studiati 33 pz, di 29 famiglie (di cui 18 consanguinee), negative ai due geni, mediante sequenziamento mirato a geni noti associati a colestasi o con sequenziamento dell’intero esoma. Sono state trovate in 8 famiglie mutazioni troncanti del gene TJP2 (tight junction protein 2 gene) che causano una mancata localizzazione della proteina e un’alterata struttura delle “giunzioni strette”(sigillano le cellule vicine di uno strato epiteliale per impedire la fuoriuscita di molecole tra gli spazi fra le cellule) che causano la grave (alcuni pz necessitano di trapianto) patologia epatica. L’ipotesi degli AA per la patologia limitata al fegato è che la mancanza di espressione di TJP2 agisca solo sul fegato per l’ambiente tissutale molto particolare di questo organo.

FERTILITA’/FECONDAZIONE ARTIFICIALE/DIAGNOSI PRENATALE

Woman challenges NHS refusal to fund egg freezing before treatment that may make her infertile. BMJ 2014;348:g2715. Negata dalla locale corte (siamo in UK e lo si vede) la possibilità di crioconservazione di oociti per donna di 25 anni che deve sottoporsi a trapianto di midollo osseo e chemioterapia in quanto affetta da malattia Crohn. La motivazione: è ancora da dimostrare che la procedura sia efficace e è necessario dare priorità ai pochi fondi disponibili (il costo è di quasi 5.000 euro). Nella domanda di revisione della decisione si fa presente che NICE (National Institute for Health and Care Excellence) ha raccomandato tale procedura in base all’evidenza clinica e la convenienza economica. NICE ha fatto le stesse considerazioni per la fertilità maschile e delle coppie e per queste situazioni sono invece previsti i finanziamenti pubblici.

Overexpression of a DENND1A isoform produces a polycystic ovary syndrome theca phenotype. PNAS 2014;111:E1519. La sindrome dell’ovaio policistico (PCOS) è una patologia che interessa il 5-7% delle donne in età riproduttiva ed è caratterizzata da iperandroginemia/iperandrogenismo, anovulazione, infertilità e formazioni di piccole cisti subcorticali con ovaie bilateralmente ingrossate. L’aumentata biosintesi androgena nelle cellule tecali di persone con PCOS è dovuta ad un’aumentata espressione degli enzimi principali della sintesi androgena codificati da CYP17A1 e CYP11A1.

Vi è una chiara base genetica di questa condizione ma non si sa se oligogenica o poligenica.

Studi con GWAS hanno individuato più loci associati, tra cui un gene DENND1A in varie popolazioni, che fa parte di una famiglia di 18 geni chiamati “connecdenns”, proteine che contengono domini DENN espressi in modo differente nelle cellule tumorali rispetto alle umane. Tale dominio funzione come un

Rab-specific guanine nucleotide-exchange factors, regolatori del pathway del traffico di membrana. Ma non è chiaro come varianti di DENND1A e degli altri geni associati siano una fattore di rischio di PCOS.

Lo studio in vitro dimostra che le cellule tecali PCOS hanno una segnatura molecolare (con array e qRT-PCR) diversa da quelle normali e che un’isoforma troncata con splicing alternativo di DENND1A è espressa differentemente nelle cellule PCOS e normali. E questo contribuisce all’incremento degli enzimi della sintesi androgena e progestinica delle cellule tecali PCOS, che è il meccanismo causa della sindrome. Potrebbe essere disponibile quindi un test diagnostico e una nuova possibilità di cura di questa frequente patologia.

Siamo sul BMJ 2014;348:g2722. Italy drops ban on infertile couples using donated eggs or sperm.

Ma, come dice una rappresentate dell’Associazione Luca Coscioni, della legge 40 va ancora cancellata quella parte che impedisce la diagnosi preimpianto per coppie a rischio di malattie genetiche.

TERAPIA

Mitochondrial medicine. News IN brief. Nature Biotechnology 2014;32:300. Annuncio di finanziamenti (oltre 4.3 miliardi $) e collaborazioni tra compagnie farmaceutiche dedicati a programmi di ricerca per trovare farmaci per le malattie ereditarie mitocondriali

Leptin therapy gains FDA approval. News. Nature Biotechnology 2014;32:300. La FDA ha approvato il farmaco Myalept, ricombinante della leptina umana, per il trattamento delle lipodistrofie generalizzate, in cui l’assenza di tessuto adiposo e quindi di leptina, ormone che inibisce l’appetito, causa voracità nell’assunzione di cibo con effetti catastrofici dovuti all’eccesso calorico con accumulo di grasso nel fegato e nelle cellule muscolari, diabete, pancreatiti e iperlipemia.

Vi sono forme di lipodistrofia ereditate, da farmaci, da malattie autoimmunitarie e da causa non nota.

Circadian rhythm drug approved. News. Nature Biotechnology 2014;32:303. La FDA ha approvato il farmaco Hetlioz (tasimelteon), il primo farmaco per la malattia “non-24 sleep-wake” (o non-24) frequente nelle persone cieche, che non riescono nemmeno a vedere la luce e che mancano dei segnali esterni per sincronizzare il loro ritmo circadiano endogeno con il ciclo giorno-notte. Questo è causa di ritmo sonno-veglia con sonnolenza eccessiva diurna e interessa 80.000-100.000 perone in USA. Il farmaco, che è una piccola molecola agonista per i recettori melatoninici di tipo 1 e 2, in sperimentazione clinica fase 3, se preso ogni giorno alla stessa ora prima di andare a letto ha regolarizzato il periodo di sonno .

PROPOSTE TERAPEUTICHE USANDO MODELLI ANIMALI

Glucocerebrosidase 2 gene deletion rescues type 1 Gaucher disease. PNAS 2014;111:4934. M. Gaucher (GD1: MIM #230800)(1:1000 negli ebrei askenaziti, 1:50.000 nella popolazione generale): mutazione recessiva del gene Glucocerebrosidasi-beta acida (GBA) con accumulo di glucocerebroside nei lisosomi dei macrofagi, che quindi crescono di dimensioni con aspetto caratteristico e sono chiamati cellule di Gaucher). Vi sono tre fenotipi con diversa gravità per mutazioni dello stesso gene, da causa non nota. La terapia con enzima ricombinante è scarsamente efficace nella forma con segni neurologici. Nella GD1 (non neurologica) vi è, per l’accumulo di substrati glicosfingolipidici, visceromegalia, citopenia e osteopenia. Nel modello murino questo fenotipo è curabile mediante delezione genetica di Gba2, il cui prodotto è un enzima extralisosomico a valle, che produce ceramide e sfingosina. E la produzione di sfingosina nei pz GD1 sembra contribuire alla osteopenia. Da qui il suggerimento che GBA2 e la sfingosina possano costituire bersagli terapeutici per questa malattia.

Extended lifespan and reduced adiposity in mice lacking the FAT10 gene. PNAS 2014;111:5313. Il trascritto di FAT10 (HLA-F adjacent transcript 10) è un membro della famiglia delle proteine ubiquitina-simili che è indotto da mediatori infiammatori ed è coinvolto nei processi immunitari, ma la sua vera funzione è poco nota. In questo lavoro si dimostra che svolge nei mammiferi un ruolo fisiologico nel metabolismo, nell’obesità e nell’invecchiamento. Il suo KO nel topo previene lo sviluppo collegato con l’età e incrementa la sopravvivenza e la forza dell’animale senza apparente alcun effetto sfavorevole, nemmeno forme tumorali. Se questo vale per l’uomo FAT10 potrebbe essere considerato un bersaglio per la prevenzione o la cura di queste frequenti patologie associate all’età e per una vita prolungata in buone condizioni fisiche.

TERAPIA GENICA/CELLULE STAMINALI

Genome editing for all. Nature Biotechnology 2014;32:295. Editoriale sulla nuova tecnica di ingegneria genomica basata sulla scoperta genome editing CRISP-Cas9 con RNA disegnato che guida la nucleasi Cas9 al bersaglio voluto di DNA, dove provoca rotture che sono riparate dal NHEJ (non homologous end joining - ricongiungimento delle estremità della rottura) o da HDR (homology-directed repair) per sostituire mutazioni (terapia genica correttiva o inserimento di mutazione per verificarne l’effetto in backgrounf genetici diversi)(vedi Correcting genetic defects with CRISPR–Cas9. Nature Reviews Genetics February 2014;15)(Selezione articoli Febbraio 2014), produrre modelli di malattie in vivo (vedi sempre Articoli Feb 2014).

Altri due articoli sull’argomento sullo stesso fascicolo (Gene editing at CRISPR speed. Pg. 309 e

CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Pg. 347).

Lettera su sulle diverse modalità di collaborazione tra banche di sangue del cordone ombelicale pubbliche e private, che sottolinenao le difficoltà economiche per le pubbliche e gli scarsi benefici che derivano per le famiglie a basso rischio per le private. The third way of umbilical cord blood banking. Nature Biotechnology 2014:32:118. Allora un modello ibrido tra banche pubbliche e banche private potrebbe costituire una terza via.

Interneurons from Embryonic Development to Cell-Based Therapy. Science 2014;344:167. Review. Il meccanismo patogenetico di molte malattie neurologiche (epilessia, Parkinson, dolore cronico) e psichiatriche (disturbi dell’umore) risiede nell’alterazione dell’equilibrio tra eccitazione e inibizione neurale. Nella corteccia cerebrale l’inibizione è mediata da interneuroni GABAergici, cellule originate dal telencefalo ventrale dell’embrione e che popolano la corteccia con una migrazione tangenziale di lunga distanza.

Gli interneuroni immaturi, quando trapiantati nei roditori da embrioni o da colture in vitro, popolano diffusamente non solo nella corteccia ma anche in altre sedi del cervello in cui vengono trapiantati, fatto questo che li rende idonei per studiare nei modelli animali i complessi processi del neurosviluppo e le patologie correlate.

MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE

Systematic evaluation of coding variation identifies a candidate causal variant in TM6SF2 influencing total cholesterol and myocardial infarction risk. Nature Genetics 2014;46:345. Mediante GWAS sono state sinora individuate 157 loci associate ai livelli plasmatici di lipidi rappresentati in gran parte da varianti comuni con piccolo effetto, corrispondenti al 20-30% del contributo genetico per questo carattere. La missing heritability è attribuita a varianti rare o rarissime.

Con array esomico sono stati studiati 5.643 norvegesi e sono state seguite 18 varianti (di 4.666 persone) identificando 10 loci con varianti codificanti associate al livello di lipidi plasmatici. Una variante del gene TM6SF2, localizzato in un locus noto negli studi GWAS, è legata ai livelli di colesterolemia totale e è associata all’infarto miocardico. Nel topo modificazioni di espressione del gene Tm6SF2 ne alterano i profili lipidici sierici, confermando che questo gene ha funzioni regolatorie lipidiche.

Exome-wide association study identifies a TM6SF2 variant that confers susceptibility to nonalcoholic fatty liver disease. Nature Genetics 2014;46:352. L’accumulo di grasso nel fegato è un evento comune nell’adulto ed è una condizione benigna, ma può evolvere verso una forma infiammatoria chiamata steatoepatite non alcolica (NAFLD) e alla fine in una cirrosi. Vi è quindi un’ampia variabilità interindividuale nell’accumulo di grasso nel fegato. In precedente era stato trovata una mutazione missenso del gene PNPLA3 fortemente associata al contenuto epatico di trigliceridi e ai livelli della alanina transaminasi e studi con GWAS avevano individuato altri loci associati ai livelli di lipidi epatici e degli enzimi epatici circolanti.

Lo studio riguarda un’analisi exome-wide di una popolazione USA di varie origini: trovate 3 varianti associate ad alti livelli di grasso, due nel gene PNPLA3, locus già noto associato a NAFLD e una in TM6SF2, gene a funzione ignota, associata anche a alti livelli di alanina transaminasi (segno di danno epatico) e bassi livelli di LDL-C, trigliceridi e fosfatasi alcalina. La proteina mutate di TM6SF2 è soggetta a malripiegamento e va incontro ad accelerate degradazione intracellulare. Dai dati sperimentali risulta che l’attività di questo gene è necessaria per la normale secrezione di lipoproteine a bassa densità e che mutazioni che ne compromettono la funzione causano NAFLD.