Scelta di articoli
di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Maggio
2014 nelle seguenti riviste: British
Medical Journal, Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature
Genetics, Nature Medicine, Nature Neuroscience, Nature Reviews Genetics, Nature
Reviews Neuroscience, NEJM, PNAS, Science & Cell.
AUTISMO - M. PSICHIATRICHE
***
Multivariate
analysis reveals genetic associations of the resting default mode network in
psychotic bipolar disorder and schizophrenia. PNAS 2014;111:E2066. Da recenti studi usando una nuova strategia di
identificazione di pathway comuni in specifiche patologie risulta che sono
coinvolti sia nella schizofrenia (SZ) che nel disturbo bipolare (BP) geni di
adesione neuronale, della formazione sinaptica e del segnale cellulare e nella
SZ pathway della guida assonica, della mobilità neuronale e della funzione
sinaptica. Solo una minima parte di casi la patologia è dovuta a rare mutazioni
altamente penetranti come CNV, nella mx parte dei casi si ritiene sia dovuta
all’interazione di più geni, ognuno con
un piccolo effetto. Per potenziare gli studi di associazione, data l’ampia
variabilità fenotipica e le difficoltà diagnostiche si cercano endofenotipi (marker
interno intermedio tra gene e fenotipo) come alcuni ricavabili dalla
resting-state fMRI.
Lo
scopo di questo complesso lavoro è di provare nei probandi un’alterata
connettività in specifiche aree cerebrali, di osservare, data l’alta
ereditabilità, simili alterazioni nei loro consanguinei di 1° grado e di
verificare l’associazione con specifici gruppi di geni, quelli già
precedentemente segnalati come coinvolti in queste patologie in base alla
classificazione endofenotipica. Come in realtà è stato provato.
Variant GADL1 and Response to Lithium in
Bipolar I Disorder. NEJM 2014:370:1855. Lettere all’Editore molto
critiche sull’articolo Variant GADL1 and Response to
Lithium Therapy in Bipolar I Disorder. NEJM 2014;370:119 (vedi selezione aritcoli Gennaio 2014).
Is the prevalence of autism
increasing in the United States? BMJ 2014;348:g3088. Commento
sui risultati del documento dei 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)(vedi News Autism diagnoses in the US rise by 30%, CDC reports.
BMJ 2014;348:g2520). Il commento, che sottolinea le
limitazioni di questi studi, si pone la domanda: So
what might this latest report mean for those who diagnose and care for children
with autism spectrum disorder? Primo: diagnosi tardiva (44% sottoposti a una completa
valutazione entro i 3 anni e il 36% l’hanno dopo i 4 anni). Secondo: vengono
sempre più identificati bambini con capacità cognitive nella media o superiori
alla media e le strutture che si occupano di autismo sono dedicate a bambini
con anche deficit cognitivo. Altro punto
incontestabile: “But is autism spectrum disorder truly crossing the “epidemic”
threshold or are we just counting children differently?” (giustissimo,
ndr).
Altered global brain signal in
schizophrenia. PNAS 2014;111:7438.
Studiando con MRI cerebrale funzionale 161 pz con schizofrenia, 73 con
disordine bipolare e 220 controlli sono state individuate nei soli pz cob
schizofrenia alterazioni compatibili con alterata connettività generalizzata.
MALATTIE
NEUROLOGICHE/NEURODEGENERATIVE
Mutations
in the Matrin 3 gene cause familial amyotrophic lateral sclerosis. Nature
Neuroscience 2014;17:644. La Sclerosi Laterale Amiotrofica è
una malattia neurodegenerativa per la quale non ci sono cure e che causa
paralisi e morte. La base patogenetica 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. Mutazioni
missenso di TDP-43 (transactive response DNA binding protein) causano aggregati
TDP-43 nell’1-5% dei casi familiari di ALS (che sono il 10% delle ALS). MATR3 è una proteina legante sia RNA che il
DNA che interagisce con TDP-43. L’analisi dell’esoma in una famiglia con più
membri affetti ha individuato una missenso del gene MATR3, che codifica una
proteina legante RNA e DNA che interagisce con TDP-43.
Il decorso è
caratterizzato da una progressiva insufficienza respiratoria che porta a morte
dopo 15 anni di malattia, i pz hanno riflessi osteotendinei a scatto agli arti
inferiori e segni clinici di lesioni delle corna anteriori del midollo spinale.
L’analisi del gene in altri pz ha consentito di individuare in 1:108 casi
familiari (inclusi pz italiani) e in 1:96 pz inglesi mutazioni missenso
diverse. L’analisi immunoistochimica con MATR3 a livello del midollo spinale
mostra una quadro patologico di MATR3 sia in coloro che portano una mutazione
di questo gene sia in coloro in cui MATR3 non è mutato. Ulteriore prova
dell’anomalo processamento dil RNA nella degenerazione del motoneurone.
TDP2 keeps the
brain healthy. Nature Genetics 2014;46:419 commento e articolo TDP2 protects
transcription from abortive topoisomerase activity and is required for normal
neural function. Pg.
516. Molte malattie da riparazione
del DNA hanno, per motivi non precisati, una grave disfunzione neurologica.
Nello studio si documenta una sulla funzione neuroprotettrice di una
fosfodiesterasi, TDP2,
che sembra avere un ruolo chiave per la
prevenzione di rotture di DNA da alterata attività topoisomerasica II.
In una famiglia irlandese di consanguinei con 3 fratelli con
encefalopatia epilettica ed atassia è stata trovata una mutazione inattivante
in omozigosi del gene TDP2 tramite linkage, mappa di omozigosità e
sequenziamento esomico targeted. In un altro pz egiziano non correlato, con
fratelli affetti da un’analoga condizione, è stato trovata un’altra mutazione,
sempre in omozigosi, dello stesso gene. Con studi in vitro si dimostra un
effetto protettivo trascrizionale per alcuni geni dello sviluppo neuronale da
parte di TDP2 che agisce sull’attività endogena abortiva di TOP2, attività che ha
un importante effetto patogeno sui neuroni.
Astrocytes go
awry in Huntington’s disease. Nature Neuroscience 2014;17:641. Commento dell’articolo sullo stesso fascicolo (Astrocyte
Kir4.1 ion channel deficits contribute to neuronal dysfunction in Huntington’s
disease model mice.
Pg. 694) che suggerisce che la disfunzione
neuronale sia dovuta, contrariamente a quanto sinora ritenuto di un processo
interessante i neuroni, all’effetto della huntigtina mutata sugli astrociti che
provoca una downregulation di un importante canale del potassio negli astrociti
dello striato con conseguente danno eccitotossico dei circuiti neuronali.
Neuronal targets for reducing mutant huntingtin
expression to ameliorate disease in a mouse model of Huntington’s disease. Nature Medicine 2014;20:536.
Ci si chiede perché pur essendo la huntingtina mutata (mHTT) espressa in ogni
cellula, questa causi solo una neurodegenerazione selettiva a livello corticale
e dello striato. Usando
un modello murino transgenico condizionale si dimostra che la riduzione di
espressione della mHTT a livello solo corticale migliora parzialmente le
anomalie motorie e comportamentali ma non la neurodegenerazione, mentre la
riduzione di espressione nella corteccia e nello striato migliora
considerevolmente la sintomatologia comportamentale e l’atrofia cerebrale
selettiva. In più la ridotta espressione della proteina mutata nello striato o
nella corteccia migliora i difetti sinaptici corticali e dello striato, ma si
ha un effetto ancor più evidente se si riduce l’espressione di mHTT in ambedue
le sedi.
I risultati suggeriscono che terapie
mirate a ridurre l’espressione di mHTT devono, per avere maggior effetto, agire
sui neuroni sia corticali che dello striato.
Single
App knock-in mouse models of Alzheimer’s disease. Nature
Neuroscience 2014;17:661.
Sinora il fenotipo Alzheimer indotto nel topo da sovraespressione del
precursore amiloide beta era influenzato dal fatto che oltre alla
sovraespressione di peptide β-amiloide
peptide (Aβ), che è il principale componente delle caratteristiche placche
cerebrali dell’Alzheimer, sono sovraespressi altri frammenti del precursore.
Nel lavoro sono stati generati topi knock-in con umanizzazione della sequenza Aβ
e inserite diverse mutazioni con effetti diversi del clivaggio della proteina
precursore. L’effetto fenotipico è quello di una tipica patologia Aβ,
neuroinfiammazione e un difetto di memoria età dipendente.
NGS/GENETICA UMANA/CLINICA
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The Hunt for Missing Genes. Science
2014; 344:687. Sottotitolo molto efficace: Identifying healthy human
“knockouts”—people completely lacking a specific gene—may suggest new
biomedical treatments. L’esperienza insegna che trovare perdita di funzione di ambedue
gli alleli di un gene la cui carenza è compatibile con una nuova malattia non è
la prova sufficiente che questo sia la causa della malattia. Ora si sa che circa
il 16% della popolazione ha inattive
ambedue gli alleli di un gene senza alcun effetto clinico, che ognuno di noi ha
in media 20 geni KO e che sempre in media ognuno di noi ha 100 geni
inattivabili senza apparente effetto clinico. E’ un esperimento naturale da
studiare, stimolante per la ricerca (ad es. per proporre nuove terapie), e non
risolvibile con il KO di geni nel topo e vedere l’effetto che fa perché non è
possibile tracciare una stretta relazione topo-uomo. Bella tabella con 5
esempi, tra cui il noto gene CCR5, recettore di superficie cellulare, la cui assenza protegge dall’infezione
HIV, presente nell’1% della popolazione europea del nord, che suggerisce per questa
infezione il ricorso a farmaci molecolari o il trapianto di staminali
modificate.
L’altro esempio è il
PCSK9 (vedi selezione Aprile 2003: A gene of rare effect. Nature 2013;496:152 che descrive una donna di 40 anni afro-americana con
livelli di LDL di 14 mg/dL (vn 100) con due mutazioni inattivanti ereditate dai
genitori di PCSK9, una serin proteasi che riduce LDL epatico e
extraepatico e che aumenta i suoi livelli nel sangue); da questo è seguita una
sperimentazione clinica con un suo inibitore che ha dato ottimi risultati (riduzione
di oltre il 57% dei livelli di colesterolo).
Molti
riguardano geni dell’olfatto o simili di cui ci sono nel genoma copie multiple.
La
ricerca prosegue in popolazione isolate, si stanno identificando nuovi geni,
come LPA che codifica una lipoproteina
implicata nella malattia cardiovascolare e le persone KO hanno un significativo
minor rischio per queste patologie. Ma è possibile anche sfruttare l’effetto
opposto: se il KO di un gene causa una malattia, come l’insensibilità al dolore
(SCN9A)(vedi selezione articoli Novembre 2013:A de novo gain-of-function mutation in SCN11A causes loss
of pain perception. Nature Genetics 2013;45:1399), usare questo dato per trovare nuovi farmaci contro il dolore.
Una
raccomandazione finale: “We think the key is to have an outstanding,
centralized database, that contains
systematic
phenotypic information in each human knockout” (già la clinica che torna a
contare, ma chi la fa e chi la controlla nel tempo? Ndr).
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Family
history wins gene debate. Nature
2014;509:403. Social network genetico con commenti di
una relazione ad un convegno sulla
biologia dei genomi a Cold Spring Harbor ai
primi di Maggio. Un commento dice “Your genome is a better
record of your family history than your family”. Un altro riporta alla luce un articolo di 5 anni fa (Predicting human height by Victorian and
genomic Methods. EJHG
2009;17:1070) in cui si sosteneva che per caratteri altamente ereditabili come la
statura vale ancora il metodo galtoniano del 1886 (when dealing with the
transmission of stature from parents to children, the average height of the two
parents, … is all we need care to know about them) per accuratezza e e costi. Insomma,
dice il commento, “a simple average of the parents’
heights could predict a person’s height better than a genetic profile of 54
locations along the genome”.
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Rare inherited kidney diseases:
challenges, opportunities, and perspectives. Lancet 2014;383:1844. Fascicolo quasi interamente dedicato alle
patologie renali e al trapianto di rene (Seizing the opportunity to rethink
renal research. Lancet 2014;383:1782). Tra le varie note-commenti e
articoli segnalo Rare inherited kidney diseases: challenges, opportunities,
and perspectives. Lancet 2014;383:1844. Review (un A è italiano, Mario
Negri BG) che sottolinea che il 10% degli adulti e la quasi totalità dei
bambini che ricevono un trapianto hanno una malattia ereditaria. Elencate molto
bene in Tab. 1 e classificate le varie condizioni sindromiche e non, che sono
causa di anomalia di crescita e di struttura dei reni, incluso lo sterminato
numero delle ciliopatie e in Tab. 2 le malattie di alterata funzione renale.
Vengono discusse anche le opportunità diagnostiche
prognostiche e terapeutiche ricorrendo alla tecnologia “omica”. E infine le
possibilità terapeutiche dal 1981 (cisteamina per la cistinosi) al 2013 con la prima
sperimentazione clinica con octreotide a lento rilascio per la malattia
policistica renale AD. Ottimo.
Vedi anche website of the Working Group on Inherited Kidney Diseases (http://www.era-edta.org/wgikd/ERA-EDTA_working_group_on_Inherited_kidney_disorders.htm).
Spinocerebellar ataxia type 2:
progression before diagnosis. Lancet Neurology 2014;13:445. Commento di una studio longitudinale pubblicato sullo stesso fascicolo (Progression
of early features of spinocerebellar ataxia type 2 in individuals at
risk: a longitudinal study. Pg.
482.) di 40 pz a
rischio di Atassia Spinocerebellare (SCA2)(MIM #183090), malattia da espansione
di una tripletta CAG nella regione codificante di ATXN2, la seconda atassia
come frequenza. Lo studio ha riguardato 21 pz con la mutazione seguiti per 6-27
anni (mx di 7 controlli longitudinali) e 19 controlli figli senza mutazione di
pz con mutazione del gene nel periodo 1986-2013 a Cuba dove, per effetto del
fondatore, la malattia ha una frequenza particolarmente alta. Due dei 21
portatori non ha sviluppato segni nel corso entro il termine dello studio.
L’81% dei portatori ha avuto crampi dai 4 ai 12 anni prima dell’atassia e l’81%
ha avuto anomalie sensoriali comparse però successivamente (da 1 a 8 anni
prima dell’atassia), tandem gait anomalo 1-2 anni prima. Come per tutte le
malattie neurodegenerative la sperimentazione clinica va applicata prima del
danno neurologico che è irreversibile. Il commento termina così: “Future studies will need to define the ideal
time for early intervention and, more importantly, to identify new potential
therapeutic approaches”.
Distinct neurological disorders with
ATP1A3 mutations. Lancet Neurology 2014;13:503. Eterogenità allelica con
fenotipi diversi per il gene ATP1A3 che codifica la subunità α3 della pompa sodio-potassio (Na+/K+-ATPasi) e in
cui mutazioni diverse (con una sola eccezione) causano due diverse malattie, la
Distonia Parchinsonismo ad esordio rapido (RDP)(MIM #128235) e l’Emiplegia
alternante 2 (AHC)(MIM #614820). Anche se parzialmente si incominciano a capire
le conseguenze funzionali delle mutazioni di questo gene con il ricorso a
modelli in vitro e negli animali di laboratorio. Poco ancora è conosciuto sul
perché mutazioni diverse causino i due diversi fenotipi. Mentre le mutazioni
che causano RDP sono diffuse, quelle causa di AHC sono concentrate in
specifiche aree della proteina.
De
novo CCND2 mutations
leading to stabilization of cyclin D2 cause
megalencephaly-polymicrogyria-polydactyly-hydrocephalus syndrome. Nature
Genetics 2014;46:510. Mutazioni germinali di
PIK3R2 e di AKT3 sono causa della sindrome
Megalencefalia-polimicrogiria-polidattilia-idrocefalia (MPPH)(MIM #603387),
mentre mutazioni postzigotiche di PIK3CA sono causa della sindrome Megalencefalia-malformazione
dei capillari (MCAP)(MIM #602501) e mutazioni postzigotiche di PIK3R2 e di ATK3
della emimegalencefalia isolata. Ma nel 35% dei casi di MPPH non è presente una
mutazione germinale di PIK3R2 o di AKT3. Da qui l’idea di applicare WES:
trovate in 12 soggetti mutazioni missenso, in 8 sicuramente de novo, del gene CCND2 che codifica la
ciclina D2, con un hotspot in un residuo che può essere fosforilato dalla
glicogeno sintasi chinasi 3β, la cui attività è modulata dal pathway PI3K-AKT. Studi in vitro e in vivo
(encefalo embrionale di topo) dimostrano che vi è un meccanismo patogenetico comune
in tutte queste sindromi megalencefaliche che è dovuto alla patologica stabilizzazione
della ciclina D2, causata da mutazione di CCND2 o da attivazione di PI3K-AKT.
An
Atlas of Expression. Nature 2014;509:645. Technology Feature, che ha come sottotitolo: The first draft of the complete human
proteome has been more than a decade in the making. In the process, the effort
has also delivered lessons about technology and biology. Nel 2003, due anni
dopo la pubblicazione dei risultati del Progetto Genoma Umano un gruppo svedese
ha lanciato l’Human Protein Atlas
(HPA) per mappare in quali tessuti e
cellule sono espresse le proteine codificate. Questo progetto include anche lo
studio della funzione proteica con l’identificazione delle proteine di membrana
che importano o esportano molecole dalle cellule del “secretoma” (proteine secrete
dalle cellule) in condizioni fisiologiche o patologiche, informazioni utili
anche per la farmacologia. Questo catalogo del proteoma umano, che sarà
disponibile il prossimo Novembre, è
stato possibile grazie al contributo volontario di donatori di tessuti durante
trattamenti di varie malattie, contiene molte soprese come il fatto che 3.500
geni codificano proteine specifiche di uno o di pochi tessuti e che un terzo di
queste proteine sono presenti nel testicolo, più di ogni altro organo.
Ma
ci vorranno almeno altri 5 anni per avere dati certi.
Non è l’unico catalogo del proteoma umano, infatti c’è l’Human
Proteome Project, che usa strategie differenti e poi ci sono progetti di altri
gruppi di ricerca. Due bozze sono riportate in due articoli sullo stesso
fascicolo (A draft map of the human proteome. Pg. 575)(http://www.humanproteomemap.org) e Mass-spectrometry-based draft of the human proteome. Pg. 582.
Noninvasive in
vivo monitoring of tissue-specific global gene expression in humans. PNAS
2014;111:
7361.
Lo studio di RNA libero circolante nel sangue potrebbe dirci molto nello stati
di salute e nella malattia. E’ stato studiato l’RNA con microarray e
next-generation sequencing di 4 adulti e di 11 gravide in vari periodi della
gravidanza e nel postpartum. In gravidanza è stato possibile monitorare l’espressione
genica nel tempo e tessuto specifica del feto, con livelli che crescono con il
procedere della gravidanza per poi cadere rapidamente dopo il parto. L’RNA
libero potrebbe essere in futuro un metodo di controllo dello stato di salute
materno e fetale in gravidanza.
Lo
stessa metodologia è stata applicata a 6 pz con Alzheimer in cui sono stati
trovati elevati livelli di trascritto della proteina precursore amiloide. Va
verificata la sensibilità e la specificità di questo promettente biomarker.
MDA5 and
autoimmune disease. Nature Genetics 2014;46:418. Commento dell’articolo (Gain-of-function
mutations in IFIH1 cause a spectrum of human disease phenotypes
associated with upregulated type I interferon signaling. Pg. 503)
in cui si documenta che mutazioni con acquisizione di funzione del gene IFIH1,
che codifica il sensore RNA citosolico MFA5, determinano risposte eccessive di
interferone tipo 1 aumentate causando fenotipi autoimmunitari, tra cui la
sindrome Aicardi-Goutières e il lupus sistemico eritematoso (vedi per l’Aicardi
Articoli di interesse Dicembre 2013, malattia neurologica grave a inizio nei primi mesi
di vita con distonia, calcificazione dei gangli basali, microcefalia postnatale
e rapida progressione con decesso in età infantile:
Assessment of
interferon-related biomarkers in Aicardi-Goutières syndrome associated with
mutations in TREX1, RNASEH2A, RNASEH2B, RNASEH2C, SAMHD1,
and ADAR: a case-control study. Lancet Neurology 2013;12:1159)(mutazioni
malattia di TREX1, OMIM #225750, sono con perdita di funzione).
Due articoli sul melanoma familiare sullo stesso fascicolo di Nat
Genet: POT1 loss-of-function
variants predispose to familial melanoma. Nature
Genetics 2014;46:478 e Rare
missense variants in POT1 predispose to familial cutaneous malignant
melanoma. Pg. 482. Nel 10% dei casi di melanoma cutaneo, che è la principale causa
di morte tra tutti i tumori cutanei, vi è un parente di primo grado con la
stessa patologia e nell’1% ve ne sono due o più parenti di primo grado affetti.
In circa il 50% dei casi familiari sono stati individuati alcuni geni predisponenti,
il più frequente è CDKN2A (40%), CDK4 e TERT.
Nel primo lavoro sono stati studiati con
WES (168 casi) o WGS (16 casi) 105 famiglie con più membri affetti o sporadici
con melanomi primari multipli o molto precoci (UK, Olanda, Australia), negativi
all’analisi di CDKN2A e di CDK4. Nel
4% dei casi familiari e nel 5.8% delle famiglie con ≥5 affetti è stata
trovata una mutazione germinale con perdita di funzione del gene POT1, che è
quindi come frequenza il secondo gene mutato e con alta penetranza coinvolto
nel melanoma familiare. Varianti del gene POT1 (protection of telomeres 1) predispongono alla formazione del melanoma
tramite un effetto diretto sui telomeri.
Nel secondo lavoro
sono stati studiati con WES 101 casi di melanoma cutaneo di 56 famiglie con più
affetti provenienti dall’Emilia Romagna. E’ stata trovata una mutazione
missenso ritenuta causa della malattia in 4 famiglie con una modalità di
trasmissione AD, con lo stesso aplotipo che contiene la variante condiviso tra
tutti i portatori facendo pensare ad un antenato comune (9.5 generazioni con DS
3.9). Questa stessa variante, cercata in un’ampia popolazione di pz italiani (1.824
pz), è stata trovata in un solo caso sporadico.
Altre due
varianti di POT1, ritenute causa di malattia, sono state trovate sempre nelle
famiglie italiane. L’analisi esomica e mirata di POT1 è stata poi estesa ad
altre popolazioni (USA, Francia e alcune anche dalla Spagna) e sono state
trovate mutazioni germinali missenso anche ricorrenti. In sintesi quindi è
stato individuato un nuovo e frequente gene di suscettibilità del melanoma,
sottolineando il ruolo dei geni coinvolti nel mantenimento dei telomeri, come
POT1 e TERT (telomerase reverse transcriptase) nel controllo dello sviluppo del melanoma.
A catalogue of
human gene activity. Nature Reviews Genetics 15, May 2014. Commento di due articoli sui progressi
dell’annotazione funzionale (identificazione di geni e altri
elementi funzionali) e del catalogo dell’attività di promotori e di enhancer (intensificatori)
del genoma umano (The FANTOM Consortium
and the RIKEN PMI and CLST (DGT). A
promoter-level mammalian expression atlas. Nature 2014;507:462.
An atlas of active enhancers across human cell types and tissues. Nature 2014;507:455).
The Biology and Genetics of Obesity
— A Century of Inquiries. NEJM
2014;370:1874. Perspective di storia della
medicina sulla genetica dell’obesità e articolo sullo stesso fascicolo (A Form of the Metabolic Syndrome Associated with Mutations
in DYRK1B. Pg. 1909)
con risultati di un’analisi di linkage e dell’esoma in 3 famiglie con più
affetti da malattia coronarica precoce, obesità centrale, ipertensione e
diabete m. Identificata mutazione missenso, con funzione attivante,
del fondatore nel dominio chinasico altamente conservato del gene DYRK1B che cosegrega con la
malattia. La proteina di questo gene inibisce i segnali SHH e Wnt e potenzia
l’adipogenesi e promuove l’espressione dell’enzima chiave neoglucogenico
Glucosio-6-fosfatasi.
In una popolazione di 800 pz con grave obesità non
correlati è stata trovata un’altra mutazione dello stesso gene in 5, una
missenso attivante che in una famiglia segrega in modo AD. Tale mutazione funzionalmente
aumenta l’espressione di Glucosio-6-fosfatasi.
Il gene DYRK1B fa parte quindi di un importante
pathway che, quando alterato, causa la sindrome metabolica.
Genetic
variants of Adam17 differentially regulate TGFβ signaling to
modify vascular pathology in mice and humans. PNAS 2014;111:7723. Il pathway di segnale TGFβ è il target terapeutico di
molte malattie come cancro e la fibrosi, ma questo pathway è essenziale per il
mantenimento del sistema vascolare come lo dimostrano i fenotipi vascolari del
topo e malattie dell’uomo come la teleangectasia ereditaria (HHT) da mutazione
con perdita di funzione di geni del pathway TGFβ (BMP, ENG, ALK1, SMAD4). Pz
con HHT hanno malformazioni vascolari multiorgano, iniziando con epistassi e
proseguendo con teleangectasie multiple cutanee e mucose che causano emorragie
croniche e anemia refrattaria al trattamento. Ma alcuni pz hanno gravi
malformazioni artero-venose in vari organi, incluso il SNC, polmone (30-50% dei
pz) e fegato che possono comportare gravi complicazioni.
In
questo lavoro viene identificato nel topo un locus modificatore Adam17 (disintegrina
e metalloproteasi 17) di TGFβ. Esiste questo effetto modificatore anche nella
HHT? Si dimostra che nei pz con HHT alcuni polimorfismi di ADAM17 si associano
con la presenza di malformazione artero-venosa polmonare nella HHT1 (da
mutazione ENG) ma non nella HHT2 (da mutazione ALK1), indicando quindi che
questi polimorfismi possono potenziare la malattia vascolare dipendente da TGFβ.
Con la limitazione della significatività statistica per i piccoli numeri di pz
di una malattia così rara, i dati suggeriscono che l’interazione tra varianti
ADAM17 ed il pathway di segnale TGFβ influenzino nell’uomo la gravità della
patologia vascolare.
Fragile X
Mental Retardation Protein FMRP in the DNA Damage Response. Cell
2014;157:869. La proteina FMRP è presente
principalmente nel citoplasma dove regola la traduzione delle proteine
coinvolte nella funzione sinaptica. Nel lavoro si dimostra che svolge anche una
funzione legante la cromatina e nel nucleo regola la risposta al danno del DNA
durante la spermatogenesi del topo. Quindi FMRP a livello nucleare regola la
stabilità genomica e può influire sulla gametogenesi e su alcuni aspetti della
sindrome Fragile X (macroorchidismo? Anomala risposta al danno del DNA con
danno neuronale?).
Defective
Mitophagy in XPA via PARP-1 Hyperactivation and NAD+/SIRT1 Reduction. Cell
2014;157:882. In molte malattie neurodegenerative o
legate all’età è documentabile una disfunzione mitocondriale. Nel lavoro si dimostra che nello Xeroderma
Pigmentoso A (XPA)(MIM #278700) un’anomala mitofagia (clearance autofagica di mitocondri danneggiati) è un
meccanismo base di questa malattia da difettosa riparazione del DNA, causata da
iperattivazione di PARP1 e riduzione del segnale NAD+-SIRT1-PGC-1α. Questo meccanismo patogenetico di anomalia mitofagia è in
comune con altre malattie della riparazione del DNA con neurodegenerazione
(Atassia Teleangectasia- MIM #208900, e s. Cockayne – MIM #216400), ma non
nello XP tipo C (MIM #278720) che non ha la neurodegenerazione.
FERTILITA’/FECONDAZIONE
ARTIFICIALE/DIAGNOSI PRENATALE
***
Noninvasive prenatal diagnosis of common aneuploidies
by semiconductor sequencing. PNAS
2014;111:7415. Primi risultati di un’altra tecnica (semiconductor
sequencing platform)(SSP) per la diagnosi prenatale non invasiva utilizzando
DNA fetale libero nel plasma materno. La tecnica adottata riduce i tempi e i
costi rispetto alle tecniche sinora adottate mantenendo un’analoga sensibilità
e specificità per le comuni aneuploidie.
Mitochondrial
manipulations. Nature Medicine 2014;20:451.
Editoriale sulla
donazione dei mitocondri con la tecnica nota come Three-parent baby (o
embryo)(vedi vari articoli. Lettere, commenti segnalati in varie Spigolature,
l’ultima del Febbraio 2014) con la sostituzione dei mitocondri di un oocita che
portano una mutazione con quelli di una donatrice consentendo comunque la
trasmissione del solo DNA nucleare dei genitori. Tecnica che consente di prevenire
nei prodotti del concepimento a rischio di ereditare mutazioni mtDNA la
malattia mitocondriale, ma che pone tuttora riserve sia scientifiche che etiche
che non ne consentono per ora un’applicazione clinica.
Ma..
The power of three. Nature 2014:509:414.
Techniques that
transfer DNA from diseased human eggs to healthy ones — creating offspring with
three biological parents — are on the verge (sul punto di) of
clinical use. Tecnica che
sta per essere approvata dal Parlamento inglese, tecnica che inizia la sua
storia negli anni ’80 con il trasferimento nel topo del pronucleo di un oocita
fecondato in un altro oocita lasciando il resto in sede. In
questo articolo si fa la storia di
questa tecnica che si è voluto applicare all’uomo, molto contestata, con il
primo esperimento nel 2010. Da allora la tecnica è stata modificata (in
realtà vi sono due diverse modalità: trasferimento del pronucleo e il trasferimento
del fuso materno) e sta per essere approvata dal Parlamento UK.
Lack of
testicular seipin causes teratozoospermia syndrome in men. PNAS
2014;111:7054. E’ nota una relazione tra funzione
del tessuto adiposo e fertilità maschile, con obesità associata a infertilità
maschile. Non è noto se la situazione contraria, cioè la lipodistrofia, abbia
un effetto sulla fertilità maschile, anche da una metanalisi risulta che il
sottopeso è associato ad un “increased
but nonsignificant risk” di oligospermia (vedetevi la gustosa nota
statistica sulla “trappola del quasi significativo” nella selezione Aprile
2014: Trap of trends to statistical significance: likelihood of near
significant P value becoming more significant with extra data. BMJ
2014;348:g2215). La
Lipodistrofia congenita Berardinelli–Seip (BSCL) è geneticamente
eterogenea, la tipo 2 (MIM #269700) è dovuta a mutazione del gene BSCL2 che
codifica una proteina transmembrana a funzione non nota, la seipina,
localizzata a livello del reticolo endoplasmatico di adipociti e altre cellule
e che è molto espressa nell’encefalo, testicolo e tessuto adiposo. La sua
carenza nel SNC causa la Paraplegia spastica 17 (s. Silver)(MIM #270685). Non
si conosce il suo ruolo a livello testicolare.
E’ stato studiato un maschio
con lipodistrofia familiare e una sorella affetta, ambedue composti eterozigoti
di una mutazione farmeshift e una nonsenso del gene BSCL2. Il fenotipo del
maschio è di assenza di grasso sottocutaneo con aspetto acromegalico, ernia
ombelicale e acantosi nigricans alle ascelle, grosso pene e volume testicolare
aumentato con teratoazoospermia con anomalie morfologiche degli spermatozoi.
Analogo aspetto degli
spermatociti nel topo nullo per Seipina con grosse gocce lipidiche ectopiche e
aggregati di spermatociti non funzionali. Il
mutante murino condizionale nel tessuto adiposo ha lipodistrofia ma è fertile,
mentre la perdita di seipina nelle cellule germinali causa infertilità maschile
con teratoazoospermia. Quindi non è il fenotipo lipodistrofia che causa infertilità
maschile. Piuttosto il difetto di seipina causa anomalie della testa dello
spermatozoo, accumulo di grosse gocce lipidiche e aggregazione di spermatozoi
non funzionali.
TERAPIA
Gene-therapy
reboot. Nature 2014;509:651. Sottotitolo: Safer, more
efficient methods to deliver therapeutic genetic material are generating jobs
for savvy scientists. Riavvio quindi della terapia
genica iniziata nel 1990 basata principalmente sull’uso di virus (retrovirus,
lentivirus e adeno-associated virus) che
veicolano e inseriscono nel genoma di una persona il gene di interesse. Non
solo per le malattie genetiche, come ad es. con Glybera (alipogene tiparvovec)
per la terapia del deficit di Lipoproteina lipasi in pz con grave pancreatite
(approvata nel 2012 dall’EMA), o recentissimamente
la coroideremia (Lancet 2014;383:1129), ma anche
per malattie acquisite come la leucemia (linfocitica cronica e linfoblastica
acuta) con ottimo successo. Secondo un concetto di tecnologia dell’informazione
conosciuto come Gartner Hype Cycle. “Whenever there’s a new technology, it goes from a
peak of inflated expectations, to a trough of disillusionment, to a slope of
enlightenment, and a plateau of productivity”. Quindi ora “Gene therapy is in
the enlightenment stage”.
MODELLI ANIMALI
E PROPOSTE TERAPEUTICHE
****
Prevention and reversal of severe mitochondrial
cardiomyopathy by gene therapy in a mouse model of Friedreich’s ataxia. Nature Medicine 2014;20:542.
L’accumulo di ferro nei tessuti ha un effetto tossico per la formazione di
radicali liberi dell’ossigeno (specie reattive dell’ossigeno –ROS) con accumulo
più pronunciato nei mitocondri con alta attività ossido-riduttiva. L’Atassia
Friedreich (MIM #229300), in cui la mutazione più frequente è costituita
dall’espansione trinucleotidica GAA nell’introne 1 del gene FXN (>70 contro
5-30 dei normali alleli), è considerata una malattia da alterata omeostasi del
Fe nei mitocondri da carenza del prodotto genico (FXN) che causa un accumulo di
Fe, stress ossidativo e neurodegenerazione, miocardiopatia ipertrofica e
diabete. L’insufficienza cardiaca è la principale causa di morte. Non c’è
terapia. Il modello murino condizionale con delezione della FXN nel muscolo
cardiaco e scheletrico ricapitola bene quanto si osserva nell’uomo anche se il
decorso è più rapido e grave. Nel lavoro si dimostra che il vettore adenovirus che esprime la FXN umana
iniettato in vena previene l’insorgenza della patologia cardiaca. Se
somministrato con l’insufficienza cardiaca già in atto è in grado di restituire
in pochi gironi la normale funzionalità e a normalizzare la struttura
miocardica a livello sia cellulare che molecolare. Una “prova di concetto” per una potenziale
terapia genica per la miocardiopatia ipertrofica della m. Friedreich.
Is animal research sufficiently
evidence based to be a cornerstone of biomedical research? BMJ 2014;348:g3387. Sottotitolo:” Public acceptance of the use of animals in biomedical
research is conditional on it producing benefits for humans”. Gli AA “argue
that the benefits remain unproved and may divert funds from research that is
more relevant to doctors and their patients”. Già
10 anni fa, quando 2/3 dei finanziamenti pubblici e privati erano dedicati alla
ricerca di base, gli AA facevano notare che mancavano dati certi di benefici
per l’uomo della ricerca su animali non ero provati. Ora portano ulteriori dati
su questa loro impressione criticando vari aspetti, anche metodologici,
adottati usando gli animali, chiedendosi se sia etico e se i fondi siano ben
usati. Suggeriscono di inserire nel processo di valutazione di ricerche
cliniche con l’uso di animali personale “laico” (buona idea, basta però che non
reclutino gli “animalisti integralisti”, ndr).
Still much to
learn about mice, Nature 2014;509:399. Sottotitolo: A project that aims to mutate
every gene in the mouse genome to improve our knowledge of mouse biology should
help to avoid irreproducible results and costly failures in drug development. L’inizio di questo editoriale è bello anche perché sintetico: il topo è
diventato il re della scienza di laboratorio e il suo genoma è stato il primo
ad essere sequenziato dei mammiferi dopo quello dell’uomo. Da molti anni sono
stati creati topi mutanti per capire come funzionano i geni, come i pathway
molecolari operano sia nei sani che negli ammalati. Dal 2010 è stato creato un International
Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) che ha la finalità di creare topi mutanti
condizionali per ogni gene, in cui il gene di interesse può essere spento a
comando, per verificare cosa succede a livello comportamentale, clinico,
anatomico fisiologico quando il gene viene disattivato. Si stima che il costo
di tale impresa sia di 900 milioni di US$ sostenuto dai vari partecipanti. I
primi 1.000 mutanti saranno disponibili nei prossimi mesi, 15.000 entro il
2021.
Problemi (oltre ai finanziamenti, ndr):
come sottolineato dal commento sotto riportato sulla Sclerosi Laterale
Amiotrofica, non sempre un farmaco che funziona nel topo funziona anche
nell’uomo. In più differenti laboratori usano differenti ceppi e quindi gli
effetti della mutazione dello stesso gene o gli effetti di una terapia possono
essere diversi, addirittura contrastanti. Quindi: it is so
desirable to have repositories that guard the health and genetic quality of the
deposited mice.
Make mouse studies work Nature 2014;509:423. Commento
sulla frequente (80%) non corrispondenza tra potenzialità terapeutica nel topo
e nell’uomo, dovuta, almeno in parte a inadeguati esperimenti preclinici, con costi
umani (patients with progressive terminal
illnesses may have just one shot) e costi economici di centinaia di milioni
di dollari. Facciamo l’esempio della Sclerosi Laterale Amiotrofica: una dozzina
di trattamenti sperimentali efficaci negli animali senza alcun effetto
nell’uomo (efficace tabella di 9 di questi).
Per rendere gli esperimenti preclinici efficaci
l’ALS Therapy Development Institute (TDI) ha preparato ninee guida nella
selezione degli animali e degli obiettivi, che dovrebbero riguardare tutte le
speriementazioni precliniche, non solo quelle per ASL, tra cui “know your
animals”, “cancel the noise” come “Exclude
irrelevant animals, Balance for gender, Split littermates among experimental
groups, Track genes” e poi altre, ade s. per malattie neurodegenerative con
effetto in età adulta e in cui si valuta la sopravvivenza calcolare bene la
numerosità del campione utilizzando modelli matematici, le dosi del farmaco
(possibilmente sperimentazioni con dosi diverse) e, per ridurre i rilevanti
costi sostenuti dai singoli laboratori condividere i nuovi modelli animali.
Mutation of
mouse Samd4 causes leanness, myopathy, uncoupled mitochondrial respiration, and
dysregulated mTORC1 signaling. PNAS 2013;111:7367.
Nel corso di uno studio di mutagenesi germinale murina è stato individuate un
topo con un fenotipo “magro” con miopatia, alta spesa energetica nonostante una
ridotta attività fisica e ridotta tolleranza glucidica, fenotipo (chiamato
“supermodello”)(top model? Ndr) da mutazione recessiva missenso di un gene
(Sterile alpha motif domain containing protein 4)(Samd4), che codifica una
proteina legante l’RNA a funzione non ben nota nei mammiferi. Nel lavoro si
dimostra che Samd4, insieme a mTORC1, svolge in vivo un ruolo importante nella regolazione del metabolismo.
Needed: More Females in Animal and
Cell Studies. Science 2014;344:679. Già 20 anni fa NIH aveva
denunciato negli studi sull’uomo un sex bias verso il sesso maschile che doveva
essere corretto. Nella nota odierna si sottolinea che questa parità di sesso
deve valere per gli studi che usano animali o cellule perché “Sex really has to be considered as a fundamental
variable when designing experiments”. Infatti
ora NIH chiederà che quando si fa un progetto di ricerca sia bilanciato il
sesso, che si tratti di animali o di cellule, o che venga spiegato perché no. E
“when NIH speaks, people listen” (avessimo anche noi un NIH, o con il 40.8% ce
l’abbiamo già? Ndr).
TERAPIA GENICA/CELLULE STAMINALI
CRISPR technology for gene therapy. Nature Medicine 2014;20:476. Community
Corner relative ad un articolo (Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and
phenotype. Nature
Biotechnology published online, 31 March 2014 doi:10.1038/nbt.2884)
sulla potenziale utilità di ricorrere a
un sistema di genome-editing come strategia terapeutica in vivo. Ha funzionato nel modello murino di tirosinemia ricorrendo
alla tecnologia genome editing CRISP-Cas9 con RNA disegnato che guida la nucleasi Cas9 al bersaglio voluto di DNA
(vedi Articoli di interesse Aprile 2014 Genome editing for all. Nature Biotechnology 2014;32:295). Nel topo
con iniezione idrodinamica è stato ricostruito il gene Fah (fumaril
aceto-acetasi) normale.
I pareri sono per un tenue
ottimismo: “Development of delivery alternatives is
essential for therapeutic application and is already under way”. “A good first proof-of-principle experiment”. “Arguably,
the system would need to become at least tenfold more efficient to have
therapeutic potential in even the most permissive settings”.
Vedi anche
Perspective Cas9 Targeting and the CRISPR Revolution. Science 2014;344:707. Uncovering how
an RNA-protein molecular scalpel targets DNA will advance our ability to engineer
genomes.
MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
Severe osteoarthritis of the hand associates with
common variants within the ALDH1A2 gene
and with rare variants at 1p31. Nature
Genetics 2014;46:498. L’osteoartrite è una frequentissima
patologia dell’intera articolazione che determina distruzione e riparazione dei
tessuti articolari e interessa, quella delle mani, il 16% della popolazione
femminile e l’8% della maschile. L’analisi GWAS nella popolazione islandese e
poi olandese e UK ha permesso di identificare due loci significativamente
associati: uno nel gene ALDH1A2 e una variante in 1p31. Quest’ultima segrega in
una famiglia con vari membri affetti.
Statistical
power and significance testing in large-scale genetic studies. Nature Reviews
Genetics 2014;15:335. Review dei principi e delle
applicazioni dei test di significatività e del potere di calcolo statistico che
riguarda anche le analisi di varianti genetiche rare.
