Scelta
di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati
in Febbraio 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:
Standards for
clinical use of genetic variants. Nature Genetics 2014;46:93. Editoriale dal sottotitolo: “Clinical
geneticists carrying out systematic community reviews of evidence for the
pathogenicity of variants collected in locus-specific and disease-specific
databases are beginning to bridge the gap between research evidence and rules
used to make clinical decisions”. Quindi con i costi così bassi e la
diffusione nella pratica clinica del sequenziamento del DNA con le nuove
tecnologie sorge la questione del consenso di quando considerare clinicamente
significativa e utile una variante.
L’editoriale cita i risultati dello
studio della International Society for
Gastrointestinal Hereditary Tumours pubblicati sullo stesso fascicolo (Application of a 5-tiered scheme for
standardized classification of 2,360 unique mismatch repair gene variants in
the InSiGHT locus-specific database. Nature Genetics. Pg. 107)(ne ha
parlato Maurizio Genuardi, co-autore del lavoro, nella riunione di Genetica
Clinica a Roma lo scorso Dicembre) in cui viene presentata la complessa
metodologia adottata per classificare le migliaia di varianti trovate in pz con
cancro del colon nei vari laboratori di tutto il mondo, identificando quelle a
rischio, quelle che alterano il sistema di riparazione del DNA e quelle senza effetto
clinico. Due terzi delle varianti dei geni MLH1,
MSH2, MSH6 e PMS2 riportate nei vari
database, sono state riclassificate portando all’interpretazione, usabile
clinicamente, di 1.370 varianti non troncanti.
L’altro esempio riguarda la rivalutazione delle varianti di quasi
40.000 pz di molti centri Fibrosi Cistica, anche italiani, pubblicata lo scorso
Ottobre (vedi Selezione articoli) (Defining
the disease liability of variants in the cystic fibrosis transmembrane
conductance regulator gene. Nature Genetics 2013;45:1160).
La conclusione dell’Editoriale è: “These
studies are models for turning genome sequence into medically actionable
information via review by an expert community” e che questi modelli sono
applicabili ad altre malattie genetiche (a patto che esistano registri di
patologia con dati clinici completi e attendibili insieme a dati genetici, il
che non è comune, ndr).
Ancora sul cancro:
Empirical
prediction of genomic susceptibilities for multiple cancer classes. PNAS 2014;111:1921.
Sappiamo che le variazioni di frequenza sono associate alla suscettibilità a
caratteri o malattie complesse, come il cancro o le malattie autoimmunitarie.
Ma gli studi di associazione genome-wide non sono clinicamente utilizzabili per
il basso valore predittivo. Nel lavoro vengo presentati metodi bayesiani di
analisi di variazioni genomiche come predizione del rischio individuale per 8
classi di cancro.
L’accuratezza
di predizione varia dal 33% al 57% in base alla classe, con valori di
probabilità sufficienti per aiutare il medico a prendere decisioni pratiche per
la prevenzione di queste patologie a livello individuale o di popolazione.
Contralateral mastectomy and survival after breast
cancer in carriers of BRCA1 and BRCA2 mutations: retrospective analysis. BMJ
2014; BMJ 2014;348:g226. Gli AA (tra cui Henry T Lynch) hanno
paragonato a 20 anni dalla diagnosi la sopravvivenza di donne con cancro
mammario (stadio I o II) da mutazione di BRCA1 o 2 che hanno (n° 181) o non
hanno (n° 209) avuto la mastectomia del seno controlaterale. Sopravvivenza
dell’88% (IC 95% 83-93) nel primo caso, del 66% (IC 95% 59-73%) nel secondo
caso. La mastectomia controlaterale in queste donne è associata ad una
riduzione del 48% della mortalità per cancro mammario.
Medicine gets up close and personal. Nature 2014;506:144.
La medicina attuale è definibile come una serie di interventi attivati dalla
presenza di sintomi. Quella che il presidente dell’Institute for Systems Biology (ISB) in Seattle ha in mente è la Medicina (delle) 4 P:
Predittiva, Preventiva, Personalizzata, Partecipatoria, in cui sono vi sono continui
e periodici controlli dello stato di salute ricorrendo al sequenziamento
dell’intero genoma (e in una fase successiva il programma prevede anche dell’epigenoma
per monitorare l’esposizione ambientale) e a biomarcatori prima che la malattia
“metta piede”.
Il
prossimo marzo partirà l’Hundred Person Wellness Project in cui 100 volontari
sani saranno sottoposti a ‘an examined life’, cioè monitorati nel tempo in modo
intensivo con una batteria di test e sarà loro offerta consulenza e aiuto per
modificare lo stile di vita, la dieta e il sonno. In questo studio non sono
previsti controlli. La spesa prevista è di 10.000 D USA/persona. Ai volontari
sarà chiesto di indossare dispositivi medici digitali che monitoreranno i vari
parametri vitali e ogni 3 mesi saranno sottoposti a prelievo di sangue, urine,
saliva e feci e saranno controllate numerose variabili e 100 proteine
organo-specifiche che sono marcatori specifici del passaggio stato
salute-malattia. Tutti i dati saranno disponibile ai volontari tramite
il sistema clouds in modo che
possano, se sono in grado, interpretare da soli i propri dati, accedere ai dati
della letteratura e prendere le adeguate decisioni. La critica di alcuni è che
mancando i controlli sarà difficile valutare in pieno i risultati. Se questo studio
pilota avrà successo, vi saranno ulteriori fasi con il coinvolgimento di
100.000 soggetti in un periodo di 25 anni (quando non sarà più finanziata la ricerca,
chi potrà permetterselo? Ndr).
XY sex chromosome
complement, compared with XX, in the CNS confers greater neurodegeneration
during experimental autoimmune encephalomyelitis. PNAS 2014;111:2806.
Titolo esplicativo. Buona parte delle malattie autoimmunitarie nella nostra
specie sono più frequenti nel sesso femminile. Nella sclerosi multipla (MS)
nella nostra specie il sesso femminile è maggiormente suscettibile e ha una
risposta immunitaria periferica più forte rispetto a quello maschile, mentre il
sesso maschile ha un decorso maggiormente progressivo facendo ritenere che vi
sia una dissociazione tra gravità e risposta del SNC a un attacco immunitario.
Questa
maggior suscettibilità la si osserva anche nel modello murino di
encefalomielite sperimentale autoimmunitaria (EAE). Per escludere una causa
ormonale sono stati studiati topi XX e topi XY- con delezione della
regione Sry (quindi ambedue con ovaie) e si è visto che topi XX hanno una
considerevole maggior gravità di EAE, facendo concludere che la differenza la
fanno i cromosomi e non gli ormoni sessuali, come si riteneva. Rimaneva da
provare se la costituzione gonosomica avesse un effetto anche sulla risposta
del SNC al danno immunitario. Per testare se i cromosomi sessuali influenzano
direttamente la risposta al danno del SNC sono state generate chimere di
midollo osseo dei topi XX e XY- con gonadi femminili in cui il
complemento dei cromosomi sessuali del sistema immunitario varia da quello del
SNC. Questo per vedere l’effetto dei gonosomi sul SNC durante l’EAE senza avere
l’effetto confondente del complemento cromosomico sessuale nel sistema
immunitario. L’EAE provocata nei topi XY- del SNC, rispetto ai topi XX, è una malattia
più grave con più aspetti neurodegenerativi del midollo spinale, cervelletto e
della corteccia cerebrale. Inoltre i topi XY- SNC hanno nei neuroni corticali un’aumentata
espressione, rispetto ai topi XX SNC, del gene TLR7 (Toll-like receptor 7, in
Xp22.3, che ha un ruolo essenziale nella ricognizione dei patogeni e di
attivazione dell’immunità innata) in accordo con il suo noto ruolo degenerativo
neuronale.
Un’elegante dimostrazione di un effetto diretto dei cromosomi sessuali sulla neurodegenerazione in una malattia neurologica.
Screening for Trisomies in Circulating DNA. NEJM 2014;370:874. Editoriale sulla diagnosi prenatale non invasiva di comment all’articolo sullo stesso fascicolo DNA Sequencing versus Standard Prenatal Aneuploidy Screening. Pg. 799. Un pò di storia: il dosaggio nel sangue materno dell’alfa-fetoproteina (alti livelli un’indicazione per DTN, bassi per s. Down). Ma ora con l’analisi del DNA fetale (cell-free DNA, cfDNA, liberato dalla placenta nel sangue materno) nel sangue materno è possibile lo screening delle aneuploidie cromosomiche. L’alta proporzione di DNA materno rispetto al DNA fetale (10%) che potrebbe porre problemi di sensibilità di identificazione delle aneuploidie del feto è stato risolto con l’adozione del sequenziamento massivo in parallelo.
Ma la sensibilità calcolata si basava su studi di popolazione a relativo alto rischio di anomalia cromosomica. I risultati del lavoro ora pubblicato ovviano a tale limitazione in quanto la popolazione studiata (“a general obstetrical population”) era a basso rischio. Il primo risultato raggiunto è stato di provare che la valutazione del cfDNA ha una maggiore specificità rispetto allo screening biochimico-ecografico classico del primo trimestre con meno falsi positivi (con significatività statistica 0.3% vs 3.6% per la trisomia 21 e 0.2% vs 0.6% per la trisomia 18; senza significatività statistica per la trisomia 13: 01% vs 07%). Ma il valore predittivo positivo (probabilità che il feto abbia realmente l’aneuploidia) del test cfDNA non è sufficientemente alto per considerarlo un test diagnostico (45.5% per la trisomia 21 e 40% per la trisomia 18) ma solo un test di screening. E quindi, nella “general obstetrical population” un risultato positivo va controllato con l’esame cromosomico da CVS o amniocentesi.
Controllo cromosomico invasivo che, sempre nella stessa popolazione, non è indicato invece in caso di risultato negativo dato un valore predittivo negativo pressoché del 100% (CI 95% più basso al 99.8%).
NB: vedi ottimo “Documento SIGU di indirizzo sull’impiego di indagini prenatali non invasive”. Febbraio 2014 (http://www.sigu.net/)
AUTISMO
- M. PSICHIATRICHE
****
Could Autism Be Treated Prenatally? Science
2014;343:620. Commento di un
articolo sullo stesso fascicolo (Oxytocin-Mediated
GABA Inhibition During Delivery Attenuates Autism Pathogenesis in Rodent
Offspring. Pg. 675) che ha come sottotitolo:
“Treatment of rodent models of autism spectrum disorder with a drug that
alters the function of a neurotransmitter ameliorates autistic-like behavior in
offspring”. Da tempo si ritiene che sia fattori
genetici che ambientali, soprattutto pre- e perinatali concorrano a causare lo
spettro autistico (ASD). Due fattori, la disfunzione neuronale e l’epilessia,
che frequentemente accompagna questa patologia comportamentale, orientano verso
una patogenesi sregolatoria con aumento dell’attività eccitatoria e riduzione
della inibitoria neuronale. In particolare l’alterata funzione del principale
neurotrasmettitore inibitorio nel cervello adulto, GABA (acido
γ-ammino-butirrico, canale del Cl-) che normalmente ha effetto
eccitatorio in epoca prenatale e che diventa alla nascita inibitorio. Non è
noto come si produca questo cambiamento (switch). E’ anche interessante
considerare che nei mammiferi una classe di neuroni nell’encefalo cambiano da
eccitatori a inibitori alla nascita, per azione dell’ossitocina che normalmente
accelera questo cambiamento e che è dovuto ad una modificazione della
concentrazione intracellulare di cloro, controllata da due proteine di membrana
(NKCC1 per l’importazione e KCC2 per l’esportazione del cloro).
Nel lavoro
si dimostra che in due modelli animali (ratto e topo) di autismo (indotto da
valproato prenatale e genetico da Fragile X) non si produce questo switch e vi
è una eccessiva concentrazione di cloro nei neuroni. La somministrazione nelle
gravide in epoca immediatamente precedente il parto di un antagonista di NKCC1
(Bumetanide), che blocca il trasporto di cloro, evita nei cuccioli la comparsa
di anomalie elettroencefalografiche e comportamentali.
Prova
contraria: il blocco del segnale ossitocinico in gravidanza di animali di
controllo produce cuccioli con anomalie elettrofisiologiche e aspetti
simil-autistici.
Questi dati
dimostrano l’importanza per lo sviluppo cerebrale dell’inibizione GABAergica
mediata dall’ossitocina durante il parto. Nel commento si fanno varie
considerazioni sui fattori predisponenti (ostetrici, epigenetici, genetici)
l’autismo. Si fa presente che la somministrazione di Bumetanide in bambini di
3-11 anni con autismo ha prodotto in loro un miglioramento della sintomatologia
facendo ritenere che l’effetto dell’anomalia concentrazione di cloro nei
neuroni (impossibile da dimostrare nell’uomo) potrebbe essere almeno in parte
reversibile anche nell’infanzia e anche oltre.
E infine una considerazione generale sull’autismo: “With
this new insight into a convergent pathogenic mechanism downstream from
different etiologies, we may now begin to understand the variability, as well
as sameness, among people with ASD and related disorders”.
Genetic
predisposition of behavioral response. PNAS 2014;111:1672. Commento di un articolo sullo
stesso fascicolo (Common polymorphism in
the oxytocin receptor gene (OXTR) is associated with human social recognition
skills. Pg.
1987) di una ricerca sui pathway di segnale dei neuropeptidi ossitocina
(OT) e arginina vasopressina (AVP) per identificare polimorfismi del DNA che
spieghino le differenze interindividuali in risposta a comunicazioni non
verbali come l’espressione facciale, i gesti e la postura (“social cues”)(“We
are who we meet”, verissimo, ndr). Questi pathway da tempo sono noti nel ruolo
prosociale che influenza comportamenti con considerevole dimorfismo come le
funzioni comportamentali sociali e cognitive. Gli AA hanno utilizzato SNP delle
regioni dei recettori OT e AVP in famiglie con spettro autistico (ASD) in cui
vi è, tra altro, un difetto di interazione sociale. Nell’autismo infatti vi è
un alto livello plasmatico di precursori di OT, ma un significativamente basso
livello plasmatico di OT. Inoltre studi genetici ed epigenetici indicano che il
pathway OT ha un ruolo causale in questa patologia. Infine varianti di sequenza
del promotore di un recettore di AVP sono implicati nella varianza associata
alla personalità dei primati, del comportamento materno e del legame tra simili
(pair boding). E’ stata trovato un comune SNP, nell’introne 3 del recettore OT (OXTR),
che è significativamente associato, applicando il test di riconoscimento dei
volti (FMRT), alle famiglie con autismo, indipendentemente dalla persona con
autismo e dal QI. Inoltre il livello di identificazione facciale dipende dal
numero di alleli ereditati con il genotipo omozigote che ha una capacità
peggiore dell’eterozigote.
Interessante perché questo va nel senso atteso
delle nostre conoscenze delle cause dell’autismo come di una patologia con
varie componenti. E conferma un lavoro sul miglioramento, dopo somministrazione
di spray di OT in b. con autismo ad alta funzionalità, dei contatti sociali (Oxytocin
enhances brain function in children with autism. PNAS 2013;110:20953)(vedi
Selezione Articoli Dic 2013).
De novo mutations in schizophrenia implicate
synaptic networks. Nature 2014;506:179.
Schizofrenia in a nut shell:
fisiopatologia largamente ignota; frequenza 1% della popolazione nell’arco
della vita; malattia cronica e disabilitante con riduzione dell’attesa di vita
di 25 anni; alta ereditabilità che
depone per un importante ruolo causale di varianti trasmesse; forte riduzione
della fecondità che fa pensare che buona parte degli alleli ad alto rischio non
siano trasmessi ma si formino de novo
per selezione negativa.
Vi sono varianti rare del numero di
copie di DNA (CNV)(del e dup), significativamente più frequenti
nella schizofrenia e, in una piccola proporzione di pz, sono alleli ad alto
rischio di questa patologia e, come previsto, sono spesso eventi de novo. Questo dovrebbe valere anche
per le varianti di singolo nucleotide (SNV) con perdita di funzione
del gene e de novo, come
succede per altre malattie come l’autismo e il deficit intellettivo; ma gli
studi sinora effettuati per la schizofrenia, forse per i piccoli numeri dei
campioni, non confermano questo risultato atteso. Il lavoro riporta i dati del
sequenziamento mediante WES di 623 pz con schizofrenia (trios). Viene
verificato se le SNV de novo:
-
hanno frequenza significativa, rispetto
ai controlli, di SNV che alterano la sequenza della proteina. Risultato: sì, ma
solo per pz con schizofrenia con insuccesso scolastico;
-
interessano preferenzialmente gruppi di
geni ritenuti con altri approcci importanti per questa patologia. Risultato: sì,
mutazioni de novo non sinonime per
quelli noti, indicando che una percentuale di queste mutazioni sono patogene
per schizofrenia;
-
coinvolgono specifici pathway biologici.
Risultato: sì, sono più frequenti nei geni delle sinapsi, ma soprattutto nei
geni delle proteine che interagiscono con il recettore N-metil-D-aspartato (complesso NMDAR), con la proteina activity-regulated
cytoskeleton-associated (complesso ARC) e con FMRP (gene Fragile X);
-
coinvolgono altre malattie del
neurosviluppo. Risultato: sì, comune eziologia genetica tra schizofrenia e
disabilità intellettiva e autismo con sovrapposizione di geni con mutazioni de novo. Come SCN2A, POGZ, DLG2 e SHANK1
e così pure per i geni del complesso NMDAR e ARC, anche se in generale la
correlazione statistica per questi geni è più forte per la disabilità
intellettiva e l’autismo rispetto alla schizofrenia.
A polygenic burden of rare disruptive mutations in
schizophrenia. Nature 2014;50:185. Oltre alle note CNV rare o de novo associate alla patologia
schizofrenica, come varianti in 22q11.2, 15q13.3 e 1q21.1, vi sono i risultati
dei numerosi studi di associazione genome-wide (GWAS) che hanno individuato
comuni SNP di migliaia di geni e alleli a rischio non codificanti e specifici
sistemi biologici coinvolti in comune con altre patologie psichiatriche. Le
analisi di sequenza sinora applicate in queste patologie non hanno portato a
risultati significativi per la scarsa numerosità e il ridotto numero di geni
analizzati. Sono stati indagati in questo studio con NGS di 2.546 geni (10%),
selezionati sulla base degli studi precedenti, 2.536 pz con schizofrenia e
2.543 controlli svedesi riscontrando rare (<1:10.000) mutazioni che alterano
la funzione di molti geni, in particolare quelli del canale del calcio regolati
dal voltaggio, del complesso ARC (vedi sopra) e dei geni target di FMRP.
Non è ancora possibile (come sarebbe
auspicabile per una più efficace terapia, ndr) una subclassificazione clinica
dei pz sulla base delle mutazioni trovate. In sintesi è stato trovata una base
poligenica di predisposizione alla schizophrenia con mutazioni molto rare e
coinvolgenti molti geni.
Going retro. Nature Medicine 2014;20:128. Commento dell’articolo (Increased L1 Retrotransposition
in the Neuronal Genome in Schizophrenia. Neuron 2014;81:306)
in cui si identifica un alto numero di retrotrasposoni (frammenti di DNA che si
trascrivono autonomamente in RNA e poi, tramite la trascrittasi inversa, in DNA
inserendosi in una nuova posizione all’interno del genoma, wiki) L1 (long
interspersed
nuclear
element-1) nei neuroni della corteccia prefrontale dei pz con schizofrenia. Lo
stesso avviene nei neuroni derivati da cellule staminali totipotenti con
delezione 22q11. Gli AA tramite WGS dell’encefalo di questi pz trovano che i
siti di inserimento spesso sono legati a geni della funzione neuronale e
sinaptica.
Per
studiare il meccanismo di trasposizione L1 è stato attivato il sistema
immunitario di topi in gravidanza con un immunostimolante che ha determinato un
aumento del numero di copie di L1 nei figli. Questo significa che l’attivazione
dei retrotrasposoni L1 dovuta a fattori ambientali e/o a fattori di rischio
genetici può contribuire alla suscettibilità e alla fisiopatologia della
schizofrenia.
The
role of de novo mutations in the genetics of autism spectrum disorders. Nature Reviews Genetics
2014;15:133. Autismo: patologia dello
sviluppo nella risposta sociale e nella comunicazione con comportamento
ripetitivi. Frequenza circa 1% della popolazione, con maggior frequenza nei
maschi soprattutto tra i pz con una forma meno grave, con idoneità biologica
ridotta. Alta concordanza nei gemelli MZ (70-90%), molto di più rispetto ad
altre patologie comportamentali o cognitive. Il rischio di autismo in un bambino
con fratello affetto è oltre 10 volte la frequenza generale, ma se ce ne sono 2
(fratelli/sorelle) il rischio per un maschio è del 50%. Questo fa pensare che
nelle famiglie ad alto rischio la malattia abbia una trasmissione dominante. Vi
sono numerose malattie mendeliane che hanno come segno clinico, anche se non
unico, l’autismo. Tutto questo fa pensare a una base genetica, ma tutti gli
studi genetici di varianti di sequenza comuni non hanno dato significativi
risultati. In questo “opinion paper”
viene presentata un’analisi del numero dei loci coinvolti nell’autismo, del
loro contributo relativo per diverse classi mutazionali e ne vengono discussi i
possibili meccanismi patogenetici.
Viene
commentato anche il modello teorico di due classi di rischio genetico specialmente per i bambini con autismo
ad alta funzionalità. Con questo modello solo il 60% delle famiglie con un solo
affetto è a basso rischio di averne altri affetti, con però un vizio di
accertamento perché le femmine hanno un rischio minore dei maschi. Vengono
anche forniti rischi di autismo in base al numero di figli affetti.
Per le
diverse classi mutazionali de novo
dai dati della letteratura risulta significativa la differenza tra il maggior
numero di eventi per bambino nell’autismo rispetto ai fratelli/sorelle normali
per le CNV e le mutazioni con perdita di funzione, soprattutto per le frameshift.
L’analisi
statistica dei dati a disposizione (non sono ancora disponibili i risultati di
uno studio con WES di 2500 famiglie) prevede che ci sono almeno 300 loci
candidati per l’autismo. Siamo solo all’inizio e tutto ancora deve essere
verificato.
Differences in the right inferior longitudinal fasciculus
but no general disruption of white matter tracts in children with autism
spectrum disorder. PNAS 2014;111:1981. Un segno tipico dell’autismo (ASD) è
costituito da una ridotta integrità delle fibre lunghe della sostanza bianca,
che ha fatto pensare che l’autismo sia una sindrome da disconnessione in cui il
deficit cognitivo sia dovuto a una ridotta integrazione di informazioni a
livello neurale e cognitivo. Nel lavoro usando una tecnica di imaging fMRI
cerebrale (tensore di diffusione) in 57 bambini con ASD e 73 bambini con
normale sviluppo (controlli) si rileva che, a differenza di quanto ritenuto,
non vi è differenza tra i due gruppi nel tratto delle fibre nella sostanza
bianca, ma solo nel tratto a livello del fascicolo longitudinale inferiore.
Quindi il coinvolgimento nello spettro autistico della sostanza bianca sembra non
costituire affatto il marchio (signature)
di questa patologia.
MALATTIE NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE
Ground
zero in Alzheimer’s disease. Nature Neuroscience 2014;17:146. Tra le News & Views un commento relativo
all’articolo sullo stesso fascicolo (Molecular
drivers and cortical spread of lateral entorhinal cortex dysfunction in
preclinical Alzheimer’s disease. Pg. 304).
I modelli di topo della malattia Alzheimer e i nuovi dati nelle fase preclinica
delle persone con Alzheimer suggeriscono che la parte dell’encefalo
suscettibile alla patologia tau nelle
fase iniziale è la corteccia entorinale (parte dell’ippocampo
situata bilateralmente nelle regioni mediali dei lobi temporali,
wiki) laterale, non
mediale, da dove poi si diffonde ad altre sedi corticali (“Ground zero” mi pare
qui significhi che si deve ripartire, acquisire una nuova visione, ndr).
Neurogenesis in
the Striatum of the Adult Human Brain. Cell 2014;156:1072. Nei mammiferi adulti la formazione di
nuovi neuroni è nota e limitata a una specifica area cerebrale, nell’uomo nell’ippocampo
(zona subventricolare
dei ventricoli laterali e la zona subgranulare del giro dentato).
Nell’uomo è stata identificata un’altra area di formazione di nuovi neuroni in
età adulta nello striato nella parte anteriore dell’encefalo, neo-neuroni postnatali
che mancano nella malattia Huntigton.
SnapShot: Adult
Hippocampal Neurogenesis. Cell 2014;156:1114. Come sopra specificato è noto che via
sia una neurogenesi in età adulta (almeno sulla alla 5a decade di vita) nell’ippocampo,
che svolge un ruolo preminente nei processi cognitivi, inclusa la memoria e il
controllo delle emozioni.
HACE1 reduces
oxidative stress and mutant Huntingtin toxicity by promoting the NRF2 response.
PNAS
2014;111:3032. Lo stress ossidativo è alla base
delle malattie correlata con l’età come le neurodegerative ad insorgenza
tardiva e del cancro. Un importante regolatore della risposta allo stress
ossidativo è il fattore di trascrizione NRF2
(erythroid 2-related factor 2) che induce l’espressione degli enzimi detossificanti
della fase II. La sua attività è promossa dal gene HACE1 (acronimo del gene con
un’incredibile denominazione Homologous to the E6-AP Carboxyl Terminus (HECT)
domain and Ankyrin repeat containing E3 ubiquitin–protein ligase 1), un gene
soppressore di tumore che ha un ruolo nella tumorigenesi da stress nel topo, ma
non si sa se abbia un ruolo anche nella risposta antiossidativa o un suo
coinvolgimento nella neurodegenerazione. Nel lavoro si dimostra che nel
cervello di topo KO di Hace1 vi è un amento di stress ossidativo con alterata
risposta antiossidativa allo stress, che nello striato di pz con m. Huntington
vi è una significativa riduzione di HACE1 e che l’espressione ectopica di HACE1
nelle cellule progenitrici neuronali protegge dall’effetto negativo di sbilanciamento
ossidoriduttivo indotto dalla proteina huntingtina mutante. Il gene soppressore
di tumore HACE1 quindi opera nella risposta antiossidativa del pathway NRF2 e
nella neurodegenerazione.
NGS/GENETICA UMANA/CLINICA
****
A
Genotype-First Approach to Defining the Subtypes of a Complex Disease. Cell 2014;156:872.
Il concetto di reverse genetics (procedura
diagnostica che dal genotipo risale al fenotipo corrispondente) non è nuovo.
Come sappiamo infatti la classica procedura prevede un’attenta analisi
fenotipica andando poi al genotipo corrispondente per identificarne il gene e
la mutazione. In questo Leading Edge Essay
gli AA propongono una sistematica identificazione di varianti genetiche
associate a malattie complesse (questo fa la differenza con la classica reverse genetics del singolo gene, ndr),
come l’autismo, classico esempio di estrema eterogeneità genetica, per
determinare se un genotipo si manifesta come un fenotipo identificabile, indipendentemente
dalla diagnosi clinica che è stata fatta a questi pz. Quindi una
classificazione genetica dei sottotipi di una malattia complessa e non clinica,
modello che potrebbe essere applicato anche ad altre patologie complesse come
il deficit cognitivo, la schizofrenia, il disturbo bipolare.
Questo,
sottolineano gli AA, comporta la condivisione dei risultati delle varie
ricerche in corso che includano non solo i dati genetici ma anche clinici con
la creazione di un ampio e ben integrato network composto da ricercatori, clinici
e famiglie. Lo scopo è quello di consentire di disporre di gruppi omogenei di
pz premessa necessaria per stabilire i criteri diagnostici, la prognosi e per una
terapia specifica sottogruppo specifica.
La procedura
proposta è sintetizzata in una bellissima figura (Fig. 1, da lezione, ndr). 1a
tappa: NGS (WES o WGS) su un grande campione di pz – identificazione di mutazioni
ricorrenti di locus/gene- risequenziamento targeted con tecnologia Molecular
inversion probe (MIP) che identifica geni con eccesso mutazionale nei pz
rispetto ai controlli. 2a tappa: ricontatto (ve lo ricordate il doc.
sul ricontatto del GdL di Genetica Clinica? Ndr) e studio longitudinale delle
famiglie con queste mutazioni per una ridefinizione fenotipica. Che consente
l’individuazione di un gene (prob. raro) con un specifico fenotipo (gruppo A) o
di geni parte di un pathway funzionale con fenotipo simile (gruppo
B)(eterogeneità di locus, ndr) o di un gene con differenti fenotipi (gruppo
C)(eterogeneità allelica, ndr). Ottenute queste informazioni per una data
malattia complessa si amplia il numero di pz per definire meglio le “maniglie”
diagnostiche fenotipiche delle tre categorie. Nel lavoro si citano ad es. dati
preliminari sulle differenti dimensioni carniche (micro- macrocefalia) di pz
con autismo e con mutazioni de novo
del pathway βcatenina/Wnt.
Vengono citati
come modelli due progetti di comunità di pz con patologie diverse ma con la
stessa finalità: Simons Variation in Individuals (VIP) (http://sfari.org/resources/simons-vip)
che raccoglie informazioni su pz con specifiche CNV ricorrenti (ad es. 16p11.2)
e il progetto Unique (http://www.rarechromo.org/html/home.asp)
di pz con rare anomalie cromosomiche e nel cui sito una pagina è intitolata:
How your information can help.
***
Germline loss-of-function mutations
in LZTR1 predispose to an inherited disorder of multiple schwannomas. Nature
Genetics 2014;46:182. La Schwannomatosi (MIM #162091) è la
terza Neurofibromatosi per frequenza (peraltro non nota, comunque rara), dopo
la NF1 e la NF2 e si distingue dalla NF2 per l’assenza dei segni distintivi
della NF2 (tumore vestibolare, cataratta, ependimoma) e per la molteplicità
degli schwannomi rispetto allo schwannoma isolato.
Nella metà dei casi familiari e in
<10% degli sporadici sono state individuate mutazioni costituzionali di un
gene, il cui locus è prossimale (8.48 Mb) sul 22q rispetto al locus NF2,
SMARCB1. La genetica dello sviluppo degli schwannomi è complessa con 3 eventi
che causano perdita biallelica dei geni soppressori di tumore SMARCB1 e NF2: un
primo evento è la mutazione germinale di SMARCB1 (E1), il secondo evento è la
perdita di una regione 22q con presenza nello schwannoma della mutazione
germinale (E2) e infine una mutazione dell’allele residuo NF2 in cis con la mutazione germinale in SMARCN1
(E3).
Ci sono però casi senza mutazione
germinale SMARCB1 pur essendo presenti negli schwannomi gli altri eventi.
L’ipotesi quindi di un altro locus su 22q predisponente allo sviluppo dei
tumori.
Ricercata una mutazione costituzionale
in 22q di 20 pz (6 familiari, 11 sporadici e 3 con anamnesi fam. negativa per
schwannomatosi). Trovate mutazioni (missenso o troncanti) costituzionali in
eterozigosi di un nuovo gene, LZTR1, predisponente alla Schwannomatosi multipla
nell’80% dei pz senza mutazione SMARCB1, con le stessa sequenza di eventi su
descritta. La mutazione costituzionale di LZT1 ha una penetranza incompleta
(nei casi familiari 4/20 portatori della mutazione sono genitori asintomatici).
Il gene LZTR1 è un gene soppressore di tumore le cui mutazioni sono presenti in
alcuni tumori.
***
Multiple Phenotypes in Phosphoglucomutase 1 Deficiency.
NEJM 2014;370:533.
Le glicoproteine e i glicolipidi sono
un insieme di varianti glicosilate (glicoforme) che hanno un ruolo chiave in un
ampio spettro di processi sia fisiologici che patologici. La comprensione della
fisiopatologia di specifiche glicoforme pone le premesse per lo sviluppo di
nuove terapie, come quelle per ridurre i sintomi di malattie congenite del
metabolismo come i disordini congeniti di glicosilazione (vedi Emerging
Principles for the Therapeutic Exploitation of Glycosylation. Science
2014;343:37)(selezione articoli Gen 2014). Il glucosio-1-fosfato fa parte
del pathway che consente la N-glicosilazione e l’omeostasi del glucosio.
L’enzima fosfoglucomutasi 1 catalizza l’interconversione (trasformazione
reversibile) G6F e G1F. Nel lavoro sono stati valutati pz con una condizione
clinica compatibile con un difetto di glicosilazione (miopatia, epatopatia,
bassa statura, ipoglicemia, ugola bifida, miocardiopatia dilatativa e presenza all’isoelectric
focusing della transferrina -glicoproteina di trasporto nel sangue del ferro- di
un’anomala focalizzazione). La famiglia indice era consanguinea, e la mappatura
per omozigosità e la successiva WES ha identificato nei due affetti una
mutazione in omozigosi del gene PGM1.
Mutazioni di questo gene sono state cercate e trovate con Sanger in altre 15 famiglie
con bambini con lo stesso quadro clinico. L’attività enzimatica della
fosfoglucomutasi-1 nei pz era considerevomente ridotta e la spettrometria di
massa della transferrina ha mostrato una perdita totale di N-glicani e la
presenza di glicani senza galattosio. La supplementazione con galattosio nelle
colture di fibroblasti ha normalizzato il processo di glicosilazione delle
proteine senza accumulo di glicogeno e in 6 pz la supplementazione della dieta
con galattosio ha determinato un netto miglioramento clinico.
Il deficit di fosfoglucomutasi
1, precedentemente classificata come una glicogenosi (tipo XIV)(MIM #612934), ha quindi anche anomalie di
glicosilazione.
Gli AA stanno mettendo a punto un test di screening neonatale perché questa
malattia ha tutte le caratteristiche, inclusa la possibilità di terapia, degli
screening neonatali.
Pediatri: NB, alla nascita l’unico segno in 16
bambini/19 era l’ugola bifida.
***
Loss-of-function mutations in MICU1
cause a brain and muscle disorder linked to primary alterations in
mitochondrial calcium signaling. Nature Genetics 2014;46:188. Il trasporto di calcio da parte dei mitocondri ha
un’importanza fondamentale nella vita della cellula. L’uptake del calcio è mediato da un complesso che comprende un canale
ionico Ca2+-selettivo (MCU) e il suo regolatore MICU1.
Sono
stati studiati alcuni pz con una condizione “muscolo-cervello”, non descritta precedentemente,
e caratterizzata da precoce debolezza della muscolatura prossimale inizialmente
non evolutiva, aumento della CK ematica e ritardo psico-motorio, con comparsa
poi di lieve segni di atassia e movimenti involontari di vario tipo coreici,
tremori, distonia posturale e discinesia oro-facciale. Alcuni avevano una franca
atassia, microcefalia, oftalmoplegia, ptosi palpebrale e atrofia ottica e
neuropatia assonale periferica. In 1 pz la RM cerebrale e in alcuni pz la
biopsia muscolare suggerivano una malattia mitocondriale. La consanguineità
parentale in una famiglia ha suggerito l’approccio di mappatura per omozigosi
con SNP array, che ha individuato una regione comune a tutti gli affetti; con
WES trovate due diverse mutazioni di splicing in 15 pz di 7 famiglie; l’analisi
dell’aplotipo con microsatelliti fiancheggianti fa pensare ad una diversa origine
ancestrale delle due mutazioni. Nei fibroblasti dei pz il potenziale di
membrana a riposo mitocondriale è normale, ma è profondamente frammentato il
network mitocondriale. I fibroblasti sembrano infatti compensare la disfunzione
indotta da stress senza apparente alterazioni delle funzioni metaboliche
cellulari e questo spiegherebbe la lenta evoluzione della patologia, almeno
quella muscolare. Viene quindi riportato per la prima volta per le malattie
neuromuscolari un difetto primitivo dell’uptake
mitocondriale del calcio.
***
Ionic
leakage underlies a gain-of-function effect of dominant disease mutations
affecting diverse P-type ATPases. Nature Genetics 2014;46:144. Le pompe ioniche tramite specifiche proteine traferiscono ioni
attraverso la membrana cellulare generando e mantenendo gradienti ionici. La
famiglia delle proteine transmembrana PAII regolano i gradienti di ioni Na+, K+ and Ca2+ e la specificità ionica è determinata dai siti di
legame nel poro del dominio transmembrana. Quattro geni PAII sono associati a
malattie nell’uomo, due con patologia cutanea: ATP2A2 alla malattia Darier (#124200),
ATP2C1 al Pemfigo benigno familiare (m. Hailey-Hailey)(MIM #169600). ATP1A2 è
descritta nella Emicrania familiare emiplegica (FHM2)(MIM #602481) e Emiplegia
alternante infantile 1 (AHC1) mentre ATP1A3 nella Distonia-Parkinsonismo a
rapido inizio (Distonia 12 o RDP)(MIM #128235)(NB: discrepanza tra quanto
riportato dagli AA e quanto risulta in OMIM, ho qui sopra riportato la
classificazione OMIM, ndr). Ambedue le malattie con interessamento cutaneo sono
esacerbate dall’aumentata temperatura ambientale e la Distonia 12 dalla febbre.
Non noto il meccanismo patogenetico, si pensa che le mutazioni-malattia
nell’uomo siano da aploinsufficienza, il topo non aiuta perché l’inattivazione
in eterozigosi dei primi 3 geni su specificati non causa i segni delle relative
malattie dell’uomo. Nel lavoro mediante screening genetico nella Drosofila m. viene
descritta una mutazione dominante di un membro della famiglia PAII (calcio-ATPasi
del reticolo sarcoplasmatico, SERCA) causa di un’alterata coordinazione che è sensibile
alla temperatura. Nelle culture cellulari di Drosofila e umane mutanti della
pompa ionica PAII si osserva un rilascio ionico sensibile alla temperatura
probabilmente per un anomalo coordinamento tra ciclo ATPasico e passaggio di
membrana. La temperatura elevata facilita questo evento. Viene suggerito che il
meccanismo patogenetico non sia quello di perdita ma invece di acquisizione di
funzione.
***
The Fanconi
anemia pathway has a dual function in Dickkopf-1 transcriptional repression. PNAS 2014;111:2152.
L’anemia Fanconi è una malattia genetica con insufficienza midollare con modello
di trasmissione AR e XL (1 solo gene). Studi genetici e di complementazione
hanno identificato un pathway (FA pathway) con 16 possibili geni causa della
malattia, con una buona correlazione genotipo-fenotipo per alcuni di questi
geni. Oltre all’insufficienza midollare, che in genere si sviluppa nei primissimi
anni di vita, sono presenti deficit di crescita staturale, anomalie
scheletriche, instabilità genomica e predisposizione ad alcuni tipi di cancro.
Il segno maggiore è comunque una progressiva riduzione delle cellule staminali
ematopoietiche e non è noto come le proteine del pathway provvedano al mantenimento
di queste cellule. In questo studio sperimentale in vitro si dimostra che il malfunzionamento del FA pathway
comporta un sovraregolazione di DKK1 (che fa parte della famiglia Dickkopf che
antagonizzano il segnale Wnt). Il topo KO di Dkk1 ha malformazioni che in parte
richiamano quelle della FA, mentre la sua sovraregolazione è spesso osservata
in alcuni tipi di cancro presenti anche nella FA (epatoblastoma, Wilms,
mammella, del collo e della bocca). La sovraregolazione di DKK1 comporta un
ciclo cellulare accelerato delle cellule ematopoietiche primitive, che in
condizioni normali sono mantenute in stato di quiescenza. Ulteriori studi per
verificare se la regolazione di DKK1 possa prevenire l’esaurimento delle
cellule ematopoietiche in questa malattia. Ovvio l’interesse per un’eventuale
cura.
***
Genetic Resolutions of Brain Convolutions. Science
2014;343:744. Commento di
un articolo (Evolutionarily
Dynamic Alternative Splicing of GPR56 Regulates Regional Cerebral Cortical
Patterning. Pg. 764) sul contributo fornito dall’analisi
genetica in 3 famiglie consanguinee con 5 affetti da anomalia delle
circonvoluzioni cerebrali (polimicrogiria) in una regione vicina alla fessura
silviana comprendente l’area Broca nel lobo frontale, l’area del linguaggio,
utile per la comprensione dello sviluppo delle circonvoluzioni corticali cerebrali.
Clinicamente
questi soggetti presentavano deficit intellettivo e del linguaggio, convulsioni
refrattarie alla terapia a inizio infantile con normale attività motoria e
polimicrogiria bilaterale dell’area su precisata.
Mediante
linkage dell’intero genoma viene identificata in tutti gli affetti una mutazione
in omozigosi (delezione di 15pb) nella regione regolatoria del gene GPR56, gene
che codifica una proteina dell’adesione cellulare e della migrazione neuronale.
Dalla letteratura risulta che mutazioni di questo gene causano polimicrogiria
dell’intera neocorteccia e anomalie cerebellari e della sostanza bianca. Nel
topo la sovraespressione di GPR56 aumenta la proliferazione delle cellule
progenitrici neurali nella corteccia mentre la sua perdita di espressione ha
l’effetto opposto. I dati del lavoro rivelano un meccanismo di controllo
dell’espressione di GPR56 da parte di più promotori alternativi che influenza
la proliferazione delle cellule staminali, il disegno girale e potenzialmente
l’evoluzione della neocorteccia.
***
Stressful genetics in Crohn’s disease.
Nature 2014;506:441. News & Views di un articolo sullo stesso
fascicolo (A Crohn’s
disease variant in Atg16l1 enhances its degradation by caspase 3. Pg.
456). Un’unica e molto
frequente (>50% della popolazione caucasica) variante del DNA è sufficiente
per aumentare considerevolmente il rischio di una relativamente comune malattia
complessa, la m. Crohn, caratterizzata da un’infiammazione cronica intestinale.
Com’è possibile?
GWAS ha identificato 150 loci di
suscettibilità, in particolar modo alcuni geni come Irgm,
Card15/Nod2,
Il23r, Lrrk2 and Atg16l1. Per altre vie si è
arrivati ad identificare pathway chiave dell’infiammazione intestinale come
quelli dell’autofagia, della regolazione dello stress cellulare e della
sensibilità a patogeni batterici. L’autofagia (macroautofagia) è un processo di
riciclaggio 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 selezione Articoli Aprile 2013). Il gene Atg161l1
è l’adattatore centrale necessario per la formazione dell’autofagosoma maturo e
lo SNP a rischio è localizzato nell’esone 9 (T300A)
e la relativa sostituzione
aminoacidica è suscettibile di clivaggio da parte della caspasi 3 (le cistein-aspartasi o caspasi sono delle endoproteasi
specifiche) che
è attivata quando la cellula avverte lo stress. In assenza di caspasi 3
Atg161l1T300A induce normalmente
l’autofagia. Fattori genetici e ambientali di stress, come infezioni o stress
metabolico (la m. Crohn è infatti una malattia complessa), attivano la caspasi
3 che distrugge Atg161l1T300A bloccando l’autofagia e aumentando la produzione di proteine
infiammatorie come TNF-α (fattore di necrosi tumorale) e IL-1β (interleuchina
1). Questi risultati combinano bene con quanto si vede in clinica in cui vi è un
buon controllo della malattia con farmaci che hanno come target TNF-α. Una
convincente spiegazione di come questa variante comune possa costituire un
rischio di malattia (ma se la variante è così comune perché la malattia ha una
frequenza relativamente piuttosto bassa ~1:4.000 persone? Ndr).
***
Promoter-Bound
Trinucleotide Repeat mRNA Drives Epigenetic Silencing in Fragile X Syndrome. Science 2014;343:1002.
La mancanza della proteina FMRP causata dalla espansione, ereditata, della
tripletta CGG adiacente al promotore del relativo gene FMR1 ne impedisce
l’espressione e determina la sindrome Fragile X. L’allele mutato contiene
>200 ripetizioni e va incontro a silenziamento del promotore a
~11
settimane di gestazione. Non si conosce come avvenga tale silenziamento.
Nel lavoro
utilizzando cellule staminali embrionali umane si osserva che la regione
espansa è trascritta nella regione non tradotta del mRNA di FMR1, che a sua
volta lega la regione ripetuta di DNA del gene inattivandolo. Si dimostra
quindi come nella s. Fragile X l’espansione trinucleotidica causi
l’inattivazione RNA diretta dell’espressione genica nel corso dello sviluppo.
Bloccando l’interazione del mRNA con la ripetizione CGG del gene FMR1 si
previene il silenziamento del promotore.
Come
scrivono gli AA si è così dimostrato un nuovo meccanismo di inattivazione del
promotore di un gene, che potrebbe essere alla base di altre malattie da
espansione.
Pakinson:
Protecting
Mitochondria. Science 7 Febr 2014;343. Commento del lavoro Parkin and PINK1 function in a vesicular trafficking pathway regulating
mitochondrial quality control (EMBO
J. 2014 Jan 20 ahead of print)(non ho il pdf) sul ruolo di due geni, Parkin and PINK1, che
quando mutati sono causa della m. Parkinson. La sorgente di energia della cellula,
il mitocondrio, può essere una ambiente ostile in cui le proteine o interi
organelli possono essere danneggiati.
Pathway for
Parkinson disease. PNAS 111:2402. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Unbiased screen for interactors of leucine-rich repeat kinase 2
supports a common pathway for sporadic and familial Parkinson disease. Pg. 26262).
Nel Parkinson vi è una perdita neuronale progressiva, in particolare della
sostanza nigra compatta, e la presenza di aggregate proteici, noti come corpi
Lewy, nei neuroni residui. La perdita di neuroni dopaminergici nella sostanza
nigra porta al deficit dopaminico responsabile della sintomatologia motoria e
non motoria, tra cui l’ipotensione ortostatica (quando ad es. ci si alza in
piedi), disturbi dell’umore e del sonno e perdita dell’olfatto. Anche se la
somministrazione di dopamina riduce i segni, la malattia comunque progredisce e
vi è quindi la necessità di nuove terapie, anche sulla base dell’individuazione
di alcuni geni del Parkinson ereditario come SNCA, Parkin/PRKN, DJ-1/Park7,
PINK1 e LRRK2 (leucine-rich repeat kinase 2) che ci fanno capire quali sono i
pathway biologici alterati in questa frequente malattia. Nel lavoro sono stati
individuati alcuni interattori
(partner)
molecolari di LRRK2 che processano le vescicole endocitotiche (particelle
membranose che trasportano proteine o altre sostanze mediante endocitosi)
associando così questo gene al pathway dell’endocitosi. Mutazioni di LRRK2 sono
una causa frequente di Parkinson familiare e alcune almeno determinano un
aumento dell’attività chinasica; 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. Lo studio
dell’interattoma ha svelato molti interattori di LRRK2, tra cui alcuni già noti
dagli studi di associazione genome-wide (GWAS) come fattori di rischio di
Parkinson. Rimangono ovviamente ancora aperte molte domande, tra cui la
modalità di alterazione del processamento vescicolare e quale sia il meccanismo
molecolare della neurotossicità.
A cistrome roadmap for understanding
pancreatic islet biology. Nature Genetics 2014;46:95. Commento di un articolo (Pancreatic islet
enhancer clusters enriched in type 2 diabetes risk-associated variants. Pg. 136) che riporta i risultati di un complesso studio sui meccanismi ancora
ignoti con cui varianti genetiche comuni associate al Diabete 2 siano correlate
con la suscettibilità al Diabete 2. Nello studio la mappatura del cistroma (sequenze
coinvolte nella regolazione trascrizionale che agiscono in cis, influenzando il DNA fisicamente contiguo) delle isole
pancreatiche favorisce la comprensione della patogenesi della malattia
suggerendo che i fattori di trascrizione delle isole pancreatiche interagiscono
con l’epigenoma e che la sregolazione degli enhancer, multipli e posti in
cluster, costituisce il rilevante e comune contributo al rischio genetico del
T2D.
TERAPIA GENICA/CELLULE
STAMINALI
***
Correcting
genetic defects with CRISPR–Cas9. Nature Reviews Genetics February 2014;15. CRISPR è
nuova tecnica di genome editing 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), processo
suscettibile ad errori che causa a sua volta altre ins o del, o
da HDR (homology-directed repair)
che richiede uno stampo ma è meno suscettibile ad errori.
Gli AA di due lavori (Schwank, G. et al. Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal
stem cell organoids of cystic fibrosis patients. Cell stem cell 2013;13:653)(Wu, Y. et al. Correction of a
genetic disease in mouse via use of CRISPR–Cas9. Cell
stem cell 2013;13:659)(non ho il pdf) utilizzano questa tecnica per correggere
mutazioni genetiche.
Sono state sottoposte con successo a
tale riparazione organoidi derivati da cellule staminali di 2 pz con FC
omozigoti di mutazione del gene CTFR, con una ridottissima proporzione di mutazioni,
causata dalla tecnica stessa, al di fuori della sede di interesse. La stessa
metodica è stata applicata per la correzione di una mutazione (delezione di una
base) del gene Crygc nel topo che determina cataratta, sia in Hz che in Om. E’
stata applicata con successo in zigoti eterozigoti per questa delezione, usando
l’allele selvatico come stampo: la metà dei cuccioli ha l’allele mutato con
modificazioni genetiche, come ins o del o corretto e l’allele selvatico rimasto
tale. Questa correzione avviene nella totalità dei casi con HDR, tutti senza
cataratta, mentre solo la metà dei casi con NHEJ non ha la cataratta. Inoltre
si dimostra che la correzione può efficientemente avvenire anche senza avere
come stampo l’allele normale, quindi anche nelle condizioni di omozigosi,
ricorrendo a una copia esogena di oligonucleotidi con la sequenza normale. I
topi nati con questo trattamento sono normalmente fertili e hanno figli che
mantengono la riparazione del gene. E anche in questo esperimento vi è un
ridotto (<10%) numero di mutazioni fuori sede.
Quindi la tecnica consente una terapia genica
per la persona affetta e per la sua prole.
Pluripotent
stem cells in regenerative medicine: challenges and recent progress. Nature Reviews Genetics
2014;15:82. Aggiornamento sulle
cellule staminali totipotenti. Dopo 15 anni di ricerca sulle cellule staminali
totipotenti (hPSC) e 6 anni dall’isolamento delle cellule staminali totipotenti
indotte (iPSC) umane ora si sta passando alla prima fase di sperimentazione
clinica nell’uomo. Il problema ora è: per quali malattie?
Stem-cell
transplantation for chronic granulomatous disease. Lancet 2014;383:390. Commento
di un articolo sullo stesso fascicolo (Reduced-intensity conditioning and
HLA-matched haemopoietic stem-cell transplantation in patients with chronic
granulomatous disease: a prospective multicentre study. Pg.
436). La malattia granulomatosa
cronica è una rara immunodeficienza primaria causa di infezioni, progressive
insufficienza funzionale multiorgano e morte precoce. Il trapianto di cellule
staminali ematopoietiche richiede l’uso di alte dosi di chemioterapia per
distruggere il sistema ematopoietico del ricevente che viene sostituito con
cellule del midollo osseo, cellule staminali del sangue periferico o del
cordone ombelicale di un donatore.
Questa terapia, pur costituendo una buon successo terapeutico
per questa gravissima malattia, comporta rischi connessi con la mieloablazione
e, a distanza, rischio di infertilità.
Il lavoro presenta i risultati di uno studio internazionale
prospettico di 56 pz trapiantati dal 2003 al 2012: 34 XL (MIM #306400), 22 AR:
11 NCF1 MIM #233700), 4 NCF2 (MIM #233710), 2 CYBA (MIM #233690) e 5 con base
molecolare non identificata. Il sistema di condizionamento è stato di bassa
intensità (farmaci maggiormente immunosoppressivi ma meno tossici).
La probabilità di sopravvivenza a 2
anni è stata del 96% (95% CI 86.46–99.09) e la sopravvivenza senza eventi
avversi del 91% (79.78–96.17), con una bassa incidenza di rigetto (5%). Il
trapianto in tutti casi è stato di cellule del
midollo osseo o cellule staminali del sangue periferico (non di cellule del
cordone o.). Da non trascurare il fatto che nella massima parte dei casi vi è
stata un’alta compatibilità HLA donatore-ricevente, con donatori anche non
consanguinei.
PROPOSTE
TERAPEUTICHE USANDO MODELLI ANIMALI
Platelets are
efficient and protective depots for storage, distribution, and delivery of
lysosomal
enzyme in mice
with Hurler Syndrome. PNAS
2014;111:2680. La potenziale efficacia della terapia
genica ricorrendo alle cellule staminali ematopoietiche è stata dimostrata in
numerose sperimentazioni cliniche, ma rimane ancora da trovare l’opportuno
equilibrio tra la necessità di un’alta frequenza transgenica per massimalizzarne
l’espressione e nello stesso tempo minimizzare i rischi oncogeni da
integrazione provirale. In questo lavoro si verifica se sia possibile
utilizzare come serbatoio, trasporto e liberazione del prodotto carente linee
megacariocitiche e piastrine per ovviare alla necessità di ripetuti trattamenti
transgenici. Lo si è provato in vitro
e in vivo ricorrendo al modello
murino di una malattia del metabolismo, la m. Hurler (MIM #607014)(MPS 1-H) a
trasmissione AR che ha una frequenza di 1:5.000-7.000 nati, la m. più grave
delle mucopolisaccaridosi dovuta alla carenza dell’enzima alfa L-iduronidasi
codificato dal gene IDUA, carenza che
determina accumulo nei lisosomi di dermatansolfato ed eparansolfato.
Il ricorso
a linee megacariociti/piastrine per l’espressione transgenica risulta efficace
ed efficiente per la produzione, la conservazione e trasporto di quantità
significative di enzima, che risulta avere un’adeguata attività catalitica e
funzionale.
Presynaptic
glycine receptors as a potential therapeutic target for hyperekplexia disease. Nature Neuroscience 2014;17:232. A differenza dei recettori
postsinaptici per la glicina (GlyR), canali ionici multimerici recettore del
neurotrasmettitore glicina, è poco noto il ruolo nelle malattie dei recettori
presinaptici GlyR, α omomeri. La malattia ereditaria da risposta startle (riflesso da trasalimento) tattile-iperecplepsia, rara
malattia con eccessiva ipereccitabiltà tattile, che può causare rigidità Stiff
baby/stiff man, è causata da mutazioni puntiformi di GlyR α1 (MIM #149400). Nel
lavoro si dimostra che nel modello murino con mutazione del gene la somministrazione
di un cannabinoide non psicoattivo (deidrossilcannabidiolo) è in grado di
correggere il difetto funzionale presinaptico di GlyR in vitro e in vivo e di
diminuire la liberazione di glicina nel tronco e nel midollo spinale. Una
possibile terapia per questa e per altre malattie da difetto di GlyR.
Tbr1 haploinsufficiency impairs amygdalar
axonal projections and results in cognitive abnormality. Nature Neuroscience 2014;17:240. Il fattore di trascrizione neuronale T-box brain 1
(TBR1) regola lo sviluppo cerebrale e mutazioni di questo gene sono causa di autismo.
Si dimostra che nel topo con aploinsufficienza di questo gene accanto a
disturbi di socializzazione, di vocalizzazione ultrasonica (comunicazione non
udibili dall’uomo), di memoria associativa e flessibilità cognitiva si
osservano ridotte proiezioni assonali dei neuroni dell’amigdala. In questi
animali vi è un’alterata espressione di geni come
Ntng1, Cntn2
and Cdh8 e si riducono le
connessioni dell’amigdala con una riduzione dell’attivazione neuronale da
stimolazione ambientale. La stimolazione dell’attività neuronale dell’amigdala
con infusione locale di un antagonista del recettore NMDA (recettore
postsinaptico dell’acido glutammico) migliora la sintomatologia comportamentale
dei topi Tbr1+/-.
Questo
sottolinea il ruolo di TBR1 nella
regolazione assonale dell’amigdala e nella percezione.
Therapeutic modulation of eIF2α phosphorylation rescues TDP-43 toxicity in
amyotrophic lateral sclerosis disease models. Nature Genetics 2014;46:152. La ALS è una grave malattia neurodegenerativa dei motoneuroni,
con frequenza
di 1-2:100.000, che può manifestarsi a ogni età e per la quale non c’è terapia se non un farmaco, riluzolo ad azione antiglutamatergica,
che prolunga la vita di pochi mesi. La ALS in genere è sporadica, meno
frequentemente familiare (10% dei casi)(in genere AD, ma anche AR e XL)(vedi
Selezione articoli Aprile 2013)(The
changing scene of amyotrophic lateral sclerosis. Nature Review Neuroscience
2013;14:248). La base patogenetica in
tutti i casi è l’accumulo, come risultato finale, di inclusioni ubiquinate citoplasmatiche della proteina legante
RNA TDP-43 localizzate in “granuli da stress”, che sono ritenuti un meccanismo
protettivo durante lo stress cellulare, ma non è chiaro come avvenga il
passaggio nucleo-citosol di TDP-43 in condizioni di stress. La prolungata
attività dei granuli da stress portano a una repressione traduzionale che causa
patologia. Altri geni sono causa della malattia, geni che partecipano al
processamento del RNA.
I risultati dello studio in lievito e in
Drosofila m. con la ricerca di geni coinvolti nel metabolismo del RNA hanno
consentito di individuare molecole che in
vivo (Drosofila) e in vitro
(neuroni corticali di topo) riducono la tossicità di TDP-4 e fanno ritenere che
la disfunzione indotta dalla prolungata formazione dei granuli da stress contribuisca
alla patogenesi della ALS e possa essere ridotta con farmaci.
RIPK3 as a potential therapeutic
target for Gaucher’s disease. Nature Medicine 2014;20:204. M. Gaucher (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). Tre fenotipi con diversa gravità per
mutazioni dello stesso gene, con stesse mutazioni che causano fenotipi diversi
per cause non ben chiare (background genetico? fattori ambientali?). Sono
descritte 360 mutazioni uniche nella m. Gaucher, in genere missenso. E’ stata
la prima malattia lisosomiale in cui si è resa disponibile la terapia
enzimatica, tra cui l’enzima ricombinante, terapia però che ha scarso effetto
sulle manifestazioni neurologiche (nella forma neurologica vi è perdita
neuronale per accumulo di glucosilceramide e glucosilsfingosina) ed è molto
costosa. Si cercano quindi alternative.
Il modello di topo con carenza di Gba
limitata alle cellule neurali e macrogliali ricapitola bene la patologia
dell’uomo e dimostra un incremento di citochine proinfiammatorie, tra cui
l’interleuchina -1β. Modulando il pathway Ripk3 (receptor-interacting protein kinase-3) in un altro modello murino di
Gaucher vi è un rilevante miglioramento non solo neurologico ma anche
sistemico, in particolare il deficit di Ripk3 (il cui KO nel topo è letale)
migliora la sopravvivenza, la coordinazione motoria e riduce il danno epatico.
Cercasi adeguati e ben tollerati inibitori di RIPK3 che passino la
barriera emato-encefalica.
MALATTIE COMPLESSE/STUDI
ASSOCIAZIONE
Sequence variants in SLC16A11 are a common risk factor
for type 2 diabetes in Mexico. Nature 2014;506:57. Il DM2 nella popolazione
latino-americana ha una prevalenza doppia rispetto a quella della popolazione
USA di origine non ispanica. Il consorzio SIGMA (The Slim Initiative
in Genomic Medicine for the Americas) porta i risultati di uno studio GWAS su
3.848 pz con DM2 di questa popolazione e 4.366 controlli. Trova un aplotipo altamente
associato con quattro mutazioni missenso del gene SLC16A11, aplotipo che è presente
nel 50% dei nativi americani, nel 10% degli asiatici dell’est ed è raro nella
popolazione di origine europea e africana. Il gene a rischio ha un possibile
ruolo nel metabolismo dei trigliceridi.
Genetics of rheumatoid arthritis contributes to biology
and drug discovery. Nature 2014;506:376. Meta- analisi transetnica
(discendenza europea e asiatica) per aumentare il potere di identificazione di
nuovi loci dell’Artrite reumatoide (RA) mediante GWAS in 19.234 pz e 61.565
controlli, che ha consentito di trovare 42 nuovi loci a rischio portandone il
totale a 101. Applicando una complessa analisi bioinformatica e biologica sono
stati individuati tra questi 101 loci 98 geni candidati che sono il bersaglio
non solo dei farmaci già approvati per questa patologia, ma anche di farmaci
approvati per altre patologie e che potrebbero essere proposti per la cura
della RA. La metodologia applicata in questo studio contribuisce a chiarire i
geni e i pathway responsabili della fisiopatologia di questa condizione e favorire
la scoperta di nuovi farmaci.
