lunedì 28 novembre 2016

Articoli Genetica Clinica/Umana Luglio 2016. R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati in Luglio 2016 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.

MALATTIE NEUROLOGICHE/NEUROMUSCOLARI/NEURODEGENERATIVE/ PSICHIATRICHE
Identification of TMEM230 mutations in familial Parkinson’s disease. Nature Genetics 2016;48:333. Questa malattia neurodegenerativa, che interessa l’1% della popolazione di età >60 anni con un’incidenza nel corso della vita oltre il 2%, è dovuta a perdita di neuroni dopaminergici nella parte compatta della sostanza nera e presenza di corpi Lewy nei neuroni rimasti, la cui patogenesi è ancora non definita. E’ in genere sporadica, con rari casi familiari da mutazione di alcuni geni tra cui SNCA (sinucleina alfa) e LRRK2 o CNV di SNCA. In questo studio in una famiglia di 81 membri con 15 affetti da tipico Parkinson con corpi Lewy mediante analisi di linkage genome-wide e poi di WES è stata identificata una mutazione missenso del gene TMEM230, che codifica una proteina transmembana delle vescicole secretorie e di riciclo, incluse le vescicole sinaptiche neuronali. Aver individuato un’alterazione del traffico delle vescicole sinaptiche potrebbe favorire una specifica terapia per il Parkinson.

Parkinson’s Disease-Related Proteins PINK1 and Parkin Repress Mitochondrial Antigen Presentation. Cell 2016;166:314. Ipotesi autoimmunitaria della neurodegenerazione causata da mutazioni di PRKN (PARK2, MIM #600116) e PINK1 (éARK6, MIM #605909).

Hyperkinetic disorders and loss of synaptic downscaling. Nature Neuroscience 2016;19:868 (AA italiani). Discussi i meccanismi patogenetici dei disordini ipercinetici come Huntington, Distonia e la discinesia Parkinson e le possibilità di correzione farmacologica.

Risk of psychiatric illness from advanced paternal age is not predominantly from de novo mutations. Nature Genetics 2016;48:718. C’è un rischio aumentato di prole con malattia psichiatrica (autismo, schizofrenia) positivamente correlato con l’età paterna al concepimento, con figli di padre di 35-39 che hanno una maggiore probabilità (di 1.2 volte) rispetto a quelli di padre di 25-29 anni. Tale incremento è stato attribuito all’accumulo di mutazioni germinali con l’aumento dell’età paterna, basandosi sul fatto che il 75% delle mutazioni puntiformi de novo (non per le CNV che a differenza delle puntiformi sono invece d’origine meiotica) sono d’origine paterna e che il numero di mutazioni cresce con l’età paterna di 1-2 mutazioni per anno. E come ultimo dato risulta che mutazioni con perdita di funzione del gene sono associate ad un aumentato rischio di malattie psichiatriche. Ma altri dati epidemiologici sono contrastanti rispetto a quanto rilevato sopra, con incremento di rischio di patologie comportamentale per figli di coppie giovani (disturbo della personalità dei genitori?) e con il fatto che l’associazione con l’età paterna scompare se si considera l’età del padre quando ha il primo figlio. Potrebbe anche esserci una tendenza dei padri con malattie psichiatriche a posticipare l’età al primo figlio e altri dati che pongono in dubbio l’ipotesi inziale.
In questo studio sono stati utilizzati modelli (4 basati sul contributo di mutazione de novo legate all’età ed uno sul ruolo di varianti genetiche ereditate) di genetica di popolazione per verificare se vi sia un incremento di rischio di patologie psichiatriche nei figli di padri di età superiore di 10 anni all’età media. I risultati ottenuti non suggeriscono un importante contributo delle mutazioni legate all’età per il rischio di tali patologie nei figli di padri di età avanzata, ma piuttosto che vi sia una debole correlazione tra età al primo figlio e malattia psichiatrica e quindi che vi siano fattori di rischio genetico in comune tra padre di età superiore alla media e i loro figli, spiegando così quanto risulta dall’osservazione iniziale di incremento di rischio con l’aumentare dell’età paterna.

Schizophrenia. Lancet 2016;388:86. Patologia psichiatrica che incide considerevolmente sulla vita dei pz e sulla società. Per più del 50% dei pz la sintomatologia è ricorrente e a lungo termine, per il 20% è una patologia cronica e disabilitante tanto che interferisce nell’80% dei casi con l’attività lavorativa e comporta una riduzione di 10-20 anni di attesa di vita e un rischio di suicidio del 6.5%. Anche per la società ha un rilevante peso economico (in UK si calcola che comporta costi annuali di 11.8 miliardi di sterline). Nonostante i notevoli progressi della ricerca fatti negli ultimi 10 anni poco si sa della patogenesi ed i farmaci in uso sono poco efficaci nel 50-80% dei pz. In questo Seminario ne vengono presentate le modalità di esordio (adolescenza) e gli aspetti diagnostici e clinici, la prevalenza puntiforme (4.6/1.000) con un rischio di patologia nel corso della vita dello 0·7%, anche se probabilmente è molto più frequente. La schizofrenia è stata sinora considerata una patologia del neurosviluppo con possibili fattori di rischio genetici (se un genitore è schizofrenico la probabilità di tale patologia per il figlio è del 13%, che aumenta sino al 46% se sono affetti ambedue) (http://www.lescienze.it/news/2014/07/25/news/cento_loci_genetici_rischio_schizofrenia-2224047/) ed ambientali in epoca prenatale e/o postnatale (tra cui viene citata l’immigrazione anche di seconda e terza generazione)(come abbiamo visto in questi ultimi mesi, ndr) che possono interferire con lo sviluppo cerebrale. Dal punto di vista fisiopatologico si sospetta una disfunzione della trasmissione glutamatergica come causa della sintomatologia psicotica e dopaminergica per i sintomi negativi e cognitivi. L’attuale terapia si basa in massima parte su farmaci che bloccano il recettore del neurotrasmettitore dopamina (DRD2) e serotonina (5HT-2R), da adattare alle esigenze dei pz che necessitano anche di un intervento multidisciplinare che includa anche gli aspetti psicologici. Questioni aperte: in futuro dovremo identificare varianti genetiche comuni e rare, costituzionali o in mosaico (NGS di tessuto cerebrale), che modificano il rischio di tale patologia e che consentano, anche tenendo conto del fenotipo, di formulare una nuova classificazione patogenetica per una sperimentazione clinica in sottogruppi omogenei di pz e quindi un approccio terapeutico specifico. Nel Seminario si prospetta poi la possibilità di studiarne la patogenesi ricorrendo a studi di cellule staminali di pz e il ricorso all’editing genomico introducendo in vitro alleli a rischio in diversi tipi di neuroni nelle linee cellulari umane e in animali di laboratorio. La parte finale di questo seminario riguarda le non poche “Controversies and uncertainties”.

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Genetic variations underlying Alzheimer’s disease: evidence from genome-wide association studies and beyond. Lancet Neurology 2016;15:857. Con l’applicazione dello screening genomico (GWAS e NGS) sono stati individuati più di 20 “loci di rischio” per l’Alzheimer, che spiegano il 28% dell’ereditabilità, il 30% di rischio familiare e più del 50% di rischio per i fratelli. Studi osservazionali infatti ci dicono che il 30-48% dei pz ha un parente di primo grado con Alzheimer (nei controlli 13-19%), con rischio relativo per i primi grado di 3.5 (IC 95%=2.6-4.6) che cresce al 7.5 (3.3-16.7) se è affetto più di un parente di primo grado. Per buona parte dei casi l’Alzheimer è una patologia che si manifesta dopo i 65 anni, anche se nel 2-10% dei pz inizia nella terza decade di vita. Vi sono forme autosomiche dominanti (1%), in genere più precoci dell’Alzheimer multifattoriale, ma questa non è la regola perché alcune forme AD si manifestano in età avanzata. In questa Review vengono presentati i recenti risultati nell’identificazione di geni a rischio di Alzheimer complesso (bella la Tab. 1 con 27 geni e varianti), con l’identificazione di loro varianti funzionali comuni e relativo contributo alla malattia, e di varianti rare (Tab. 2 con 6 geni e Tab. 3 con 4 geni dell’Alzheimer familiare) con rischio di malattia. E sono anche discusse le ricadute cliniche per l’Alzheimer ed i progressi nell’ambito genetico sinora fatti che contribuiscono a migliorare le nostre capacità diagnostiche e a sviluppare nuove terapie.

Alzheimer’s disease. Lancet 2016;388:505. Seminario sui meccanismi patogenetici dell’Alzheimer che sembrano più complessi rispetto a quanto ritenuto. E’ una patologia legata all’accumulo tra i neuroni di peptide beta amiloide (Aβ) con distruzione delle sinapsi e accumulo nei neuroni di proteina tau con l’intervento di altri fattori favorenti o contrastanti l’evoluzione. I progressi di questi ultimi anni hanno riguardato l’individuazione di biomarcatori in grado di identificare le fasi inziali della malattia, biomarcatori che insieme alla PET amiloide e PET tau consentono di suddividere i pz in gruppi omogenei per il loro reclutamento in sperimentazioni cliniche. Vengono presentati i più recenti risultati della ricerca; interessante la Fig. 1 in cui sono rappresentati i geni che mutati comportano maggior, medio e ridotto rischio di Alzheimer e i pathway in cui sono coinvolti, in massima parte geni del processamento APP o del traffico proteico. In Table le attuali (n. 6) sperimentazioni cliniche programmate o in corso con anticorpi monoclonali anti-amiloide.

Cortical atrophy in patients with cerebral amyloid angiopathy: a case-control study. Lancet Neurology 2016;15:811. In molte malattie neurodegenerative vi è perdita della sostanza grigia corticale. Si è voluto verificare se nell’angiopatia cerebrale amiloide (CAA) i tipici depositi vascolari amiloidi associati a perdita di tessuto corticale seguono lo stesso meccanismo patogenetico della patologia cerebrale dell’Alzheimer. Sono stati studiati con RMI e fMRI pz con CAA da una forma monogenica di emorragia cerebrale ereditaria con amiloidosi–Dutch type (HCHWA-D)(MIM#605714) senza Alzheimer, pz con CAA sporadica, pz Alzheimer e controlli. L’atrofia corticale in HCHWA e CAA sporadica è almeno parzialmente correlata alla disfunzione vascolare e la patologia dei piccoli vasi è causa di atrofia corticale anche in assenza di Alzheimer. Informazione utile per l’interpretazione dei dati di neuroimmagini e per la diagnosi.

The landscape of DNA methylation amid a perfect storm of autism aetiologies. Nature Reviews Neuroscience 2016;17:411. Gli studi epidemiologici suggeriscono per questa frequente patologia un contributo sia genetico che ambientale. Sappiamo che ha un’alta ereditabilità e una complessa architettura genetica con mutazioni di geni con perdita di funzione nel 7% dei casi ed ampie CNV nel 4% dei casi (ben riportati nel Box 1), con interessamento di centinaia di geni di vari pathway (modificazione cromatinica, TGF β, WNT, Notch, della trasmissione sinaptica, regolazione trascrizionale, risposta infiammatoria). In ogni modo nessun singolo gene coinvolto interessa più dell’1% dei pz e con le tecniche attuali (CNV e NGS) siamo in grado di individuare una causa genetica in non più del 25% dei casi.
Da una recente indagine su un ampio campione di pz si stima che i fattori genetici contribuiscano alla patologia nella metà dei casi, i restanti dovuti a cause genetiche per le quali non abbiamo ancora la tecnica adatta, ambientali difficilmente identificabili come tali nel singolo caso (carenza vitaminica materna, infezioni o esposizione a pesticidi o inquinanti in epoca prenatale) e/o stocastici. Ognuno di questi fattori isolatamente ha un modesto effetto, ma combinati insieme formano una “tempesta perfetta” che altera il normale neurosviluppo (bella definizione, ndr). Ed i meccanismi epigenetici con la loro regolazione dell’espressione genica e la loro interazione geni-ambiente sono nella posizione intermedia ottimale per poter svolgere un ruolo patogenetico. In questa review dell’epigenome landscape viene considerata la metilazione della citosina, la più importante e stabile forma di regolazione del genoma. Sono stati pubblicati studi comparativi di alterata metilazione cerebrale nell’autismo ma questi risultati non sono di immediata interpretazione (causa o conseguenza?). Occorrono ulteriori studi ma i risultati potrebbero essere interessanti sia per la diagnosi che per la terapia e la prevenzione perché l’assunzione di integratori che contengono donatori metilici (es Betaina? Ndr) assunti prima del concepimento potrebbero fornire una certa protezione per la patologia autistica mitigando i fattori di rischio che tutti insieme formano nei soggetti geneticamente predisposti il “perfect storm”.

RIPK1 mediates axonal degeneration by promoting inflammation and necroptosis in ALS. Science 2016;353:603. Mutazioni di Optineurina (OPTN) sono causa di Sclerosi Laterale Amiotrofica sia familiare che sporadica (ALS 12, MIM #613435)(e anche di Glaucoma primario ad angolo aperto dell’adulto, MIM #136760). Il gene, di cui non si conosce il meccanismo patogenetico nella ALS, codifica una proteina legante l’ubiquitina coinvolta nel pathway di segnale TNFα e non è indispensabile per l’attivazione del fattore nucleare NF-kB. In questo lavoro si dimostra in vitro e in vivo nel topo che OPTN sopprime la funzione del segnale dipendente dalla chinasi (RIPK1) regolandone il turnover. La mancanza di OPTN comporta una progressiva demielinizzazione e una degenerazione assonale tramite l’attivazione nel SNC della necroptosi, che è un meccanismo causa di morte cellulare non dipendente dalla caspasi, che comprende oltre a RIPK1 anche i suoi target RIPK3 e MLKL. Inoltre RIPK1 e RIPK3 mediano la patologia assonale come si osserva nel topo transgenico SOD1 (gene che quanto mutato è causa della ALS 1)(MIM #105400) e in campioni patologici dei pz con ALS dove si rilevano segni biochimici di necroptosi ed aumentati livelli di RIPK1 RIPK3 e MLKL; quest’ultima è prevalentemente localizzata a livello della sostanza bianca dove in effetti nei pz ALS si osservano segni di demielinizzazione. L’inibizione di RIPK1 potrebbe costituire quindi una possibile strategia terapeutica per questa ed altre degenerazioni assonali.

GENETICA UMANA/CLINICA
The Genome Project–Write. Science 2016;353:126. Policy forum con sottotitolo: We need technology and an ethical framework for genome-scale engineering. Il progetto genoma umano, terminato nel 2004, che intendeva sequenziare il nostro genoma e migliorare la tecnologia, i costi e la qualità del sequenziamento del DNA e considerato da alcuni controverso, si è rivelato invece come un’impresa straordinaria che ha rivoluzionato la scienza e la medicina. Ora si vuole celebrare il 25° anniversario del HGP-read e lanciare un nuovo progetto, HGP-write, che includa la sintesi di tutti i grandi genomi, animali e vegetali, per sviluppare metodi e strumenti che facilitino lo sviluppo e la sintesi e l’editing su larga scala del genoma.

Still a geneticist’s nightmare. Nature 2016;536:37. News & Views con sottotitoloThe largest DNA-sequencing study of type 2 diabetes conducted so far concludes that, contrary to expectation, low-frequency and rare genetic variants do not contribute significantly to disease risk” di un articolo sullo stesso fascicolo (The genetic architecture of type 2 diabetes. Pg. 41). Lo screening genomico con GWAS ha individuato alcune varianti comuni associate al diabete 2, ma insieme spiegano solo una piccola parte dell’ereditabilità di questa frequente condizione. In questo studio per verificare il ruolo di varianti di sequenza rare che possano spiegare la restante ereditabilità è stato applicato il sequenziamento dell’intero genoma o dell’esoma in ampie popolazioni di diversa etnia di diabetici e non diabetici. Sono state osservate varianti in sedi già segnalate da GWAS, ma non risulta che varianti di bassa frequenza svolgano un ruolo maggiore nella predisposizione al Diabete 2.

SAMD9 mutations cause a novel multisystem disorder, MIRAGE syndrome, and are associated with loss of chromosome 7. Nature Genetics 2016;48:792. Le ipoplasie surrenaliche sono classificate in forme non sindromiche e in sindromiche, i geni responsabili delle prime sono MC2R, del recettore corticotropinico o la sua proteina accessoria (MRAP), un fattore di trascrizione NR0B1, una transidrogenasi (NNT) e una reduttasi TXNRD2. Sono note 3 forme sindromiche: la AAA da mutazione di AAAS, IMAGe da mutazione di CDKN1C e la NKGCD da mutazione di MCM4. Nel 30% dei pz non è nota la causa genetica. In questo lavoro sono stati reclutati 15 pz con ipoplasia surrenalica senza mutazione di uno dei geni noti come causa di questa patologia ed è stato applicato WES in 6, trovando in 4 una variante in eterozigosi del gene SAMD9. L’estensione dell’analisi genetica agli altri 9 ed ad ancora altri 9 pz ha consentito di individuare mutazioni missenso del gene SAMD9 in 7. Tutte le varianti sono state considerate mutazioni patogene.  Buona parte delle mutazioni sono de novo, ma è stata sospettato un mosaicismo germinale nel genitore di 2 fratelli. In due pz sospettata la perdita di eterozigosità postzigotica della mutazione, confermata poi con l’analisi con CGH che ha mostrato una monosomia del cromosoma 7. Sei dei 7 pz con cariotipo 46,XY avevano un iposviluppo genitale con ipospadia ed un pz il fenotipo femminile. Tutti i pz in età infantile hanno avuto trombocitopenia ed anemia e gravi infezioni che hanno causato il decesso in 6. Frequente anche la diarrea cronica con dilatazione colica. I test immunologici hanno rilevato solo linfopenia. In 2 pz, deceduti per sindrome mielodisplasica, avevano monosomia 7. All’autopsia di 2 femmine riscontrata ipoplasia corticosurrenale con anomalie istologiche ed ipoplasia ovarica e timica. Quindi nuova sindrome genetica che gli AA chiamano MIRAGE (myelodysplasia, infection, restriction of growth, adrenal hypoplasia, genital phenotypes, and enteropathy).

Loss of function mutation in LOX causes thoracic aortic aneurysm and dissection in humans. PNAS 2016;113:8759. L’integrità meccanica della parete arteriosa dipende dalla normale costituzione della matrice extracellulare, i cui principali componenti sono il collagene e l’elastina, che contribuiscono a dare stabilità ed elasticità alle arterie. Una patologia della parete arteriosa è costituita dall’aneurisma e dissezione dell’aorta toracica (TAAD), importante causa di morbilità e mortalità. Nelle forme ereditarie la patologia fa parte di una sindrome (es. s. Marfan, s. L oeys–Dietz syndrome, s. Ehlers–Danlos tipo IV, vasculopatia TGF-β) o essere isolata (FTAAD). Quest’ultima, in cui possono essere coinvolte le arterie in vari distretti, è dovuta al coinvolgimento di molti geni, ma in una certa proporzione di famiglie non se ne conosce la causa. In questo lavoro mediante WGS in una famiglia con due primi cugini affetti da TAAD è stata trovata una mutazione missenso del gene LOX (lisil ossidasi) che co-segrega con la malattia. Il probando, di 35a, era stato operato di petto scavato a 2 anni e a 19a gli è stata diagnosticato aneurisma dell’aorta ascendete; è risultato negativo alla ricerca di mutazioni di FBN1, TGFBR1 e TGFBR2. Sua madre a 52 anni che aveva miopia ha avuto dissezione dell’aorta ascendente con necrosi cistica della media e disorganizzazione del collagene ed elastina, ed era stata operata a 34a di ernia addominale; negativa l’analisi dei geni TGFBR1, TGFBR2, ACTA2 e COL3A1 (vedi Table S1, Supporting information da cui risulta che due primi cugini avevano avuto uno a 41a dissezione dell’arco aortico ed aneurisma dell’arteria epatica e l’altro, alto 196 cm a 41a ha avuto un aneurisma addominale infrarenale). Questa ossidoreduttasi determina la formazione di legami cross-link (crociati) tra le molecole di collagene ed elastina consentendo la stabilità delle fibrille di collagene e assicurando l’integrità e l’elasticità dell’elastina. Il topo eterozigote per tale mutazione (CRISPR) ha una disorganizzazione ultrastrutturale della parete aortica con lamelle elastiche disorganizzate, mentre l’omozigote muore poco dopo la nascita per aneurisma dell’aorta ascendente ed emorragie spontanee. I portatori di mutazioni di LOX in condizioni di stress sono quindi a rischio di patologia vascolare a causa della ridotta elasticità della parete arteriosa. Gene quindi da considerare in questi casi.

Hormone-Replacement Therapy for Melanocyte-Stimulating Hormone Deficiency. NEJM 2016;375:278. Secondo la prima legge della terapia delle malattie endocrine dice che “an absent hormone should be replaced”. Così è stato fatto (Proopiomelanocortin Deficiency Treated with a Melanocortin-4 Receptor Agonist. Pg. 240) con successo in due pz con difetto genetico di pro-opiomelanocortina (MIM #609734, da mutazioni recessive del gene POMC) facendo loro diminuire il senso patologico di fame, riducendo così il peso, e migliorando anche la sensibilità insulinica. La pro-opiomelanocortina è un pro-ormone clivato in diverse cellule per produrre diversi ligandi che agiscono su 5 recettori melacortinici. L’ACTH, il prodotto corticotropo ipofisario, stimola il corticosurrene agendo sul recettore melacortinico 2 (MC2R). Clinicamente il difetto pro-opiomelanocritico è caratterizzato da deficit di ACTH e quindi insufficienza surrenalica che, se non viene riconosciuta e trattata con cortisone, porta a morte. La clinica è caratterizzata anche da cute ipopigmentata e capelli rossi per la mancata attivazione dell’ormone stimolante i melanociti di un altro recettore melanocortinico (MC1R) a livello cutaneo e dei follicoli piliferi e, segno ancor più rilevante, obesità da difetto di attivazione di altri recettori (MC4R e MC3R). In questo lavoro i pz sono stati trattati con setmelanotide, un octapeptide ciclizzato agonista di MC4R, che ovvia all’assenza dell’ormone stimolante i melanociti legandosi ed attivando il recettore melacortinico 4. Il suo effetto non è solo di ridurre il senso di fame ma anche la spesa energetica. Non sono stati osservati effetti collaterali, ma occorrerebbero per saperlo più pz in trattamento anche se in tutto il mondo di pz noti con questa malattia sono 3 (inclusi i due trattati). Potrebbero giovare della terapia anche pz con altre malattie rarissime come quelli con mutazioni del recettore della leptina.

Commentato su Science 5 August 2016;353 un lavoro (non ho il testo)(Kahle et al. Sci. Signal. 2016;9:ra77) in cui si segnala un bambino con neuropatia motoria progressiva ad insorgenza precoce con mutazione del gene KCC3 (SLC12A6)(MIM #218000?) nel SN periferico del pz. Il suo prodotto, un cotrasportatore potassio/cloro, mutato è insensibile alla fosforilazione e rimane costituzionalmente attivo. Il topo con la stessa mutazione ha come atteso un’aumentata attività del trasportatore e alterata funzione locomotoria.

Genome variation in precision medicine. Nature Genetics 2016;408:701. Precision medicine is a sufficiently imprecise term to cover cohort research in epidemiology as well as evidence-based improvements in clinical delivery and informatics. We think it should continue to build and improve upon the rigorous standards for measurement of genome sequence variation.

Inherited DNA-Repair Gene Mutations in Men with Metastatic Prostate Cancer. NEJM 2016;357:443. Mutazioni germinali di uno dei geni della riparazione del DNA (es. BRCA2) comportano un incremento di rischio di cancro prostatico letale, ma non sappiamo quale sia la loro frequenza in pz con cancro prostatico metastatico. Sono stati per questo sottoposti 692 pz con cancro prostatico metastatizzato a test molecolare di 20 geni della riparazione DNA. Identificate 84 mutazioni germinali considerate patogeniche in 82 maschi (11.8%) interessanti 16 geni (BRCA2 nel 5.3%, CHEK2 nel 1.9%, ATM nel 1.6%, BRCA1 nello 0.9%, RAD51D e PALP2 rispettivamente nello 0.4%). Si è inoltre osservata in questi pz una maggior incidenza di mutazione germinale di uno di questi geni rispetto a pz con cancro prostatico localizzato, mentre non è stata riscontrata alcuna differenza di frequenza di mutazioni germinali correlata all’età alla diagnosi e all’anamnesi familiare positiva per tale tumore.

AIRE-Deficient Patients Harbor Unique High-Affinity Disease-Ameliorating Autoantibodies. Cell 2016;166:582. Pazienti con mutazioni di APS1/APECED (Sindrome poliendocrina autoimmune tipo 1 con o senza displasia metafisaria reversibile, MIM#240300) hanno un’anomalia del gene regolatore autoimmune AIRE che media la tolleranza centrale dei linfociti T a molti autoantigeni. Nonostante questi pz abbiano una poliendocrinopatia e siano portatori di autoanticorpi GD65 reattivi, marker clinico del rischio di Diabete 1, solo il 10-20% ha il diabete, che peraltro se presente si manifesta in loro in genere solo nell’età adulta. In questo studio si dimostra che in tale malattia autoimmune specifici anticorpi self-reactive per l’interferone tipo 1 sono associati ad una certa protezione di questi pz per il diabete tipo 1. Questi autoanticorpi naturali possono attivamente limitare l’insorgenza di tale patologia ed essere di utilità terapeutica.

Pragmatic Trials. NEJM 2016;357:454. Review article: The Changing Face of Clinical Trials. Nelle sperimentazioni cliniche il pragmatismo si riferisce alla preoccupazione che molte di queste sperimentazioni non riguardano tanto la pratica in quanto sono ottimizzati per determinare l’efficacia di un trattamento, questo per il numero relativamente ristretto di partecipanti che sono altamente selezionati rischiando così di sovrastimarne i benefici e sottostimarne i rischi. Vi è quindi la necessità di sperimentazioni pragmatiche, concrete, che possano rispondere al quesito dell’efficacia nel mondo reale di vari di pz non così altamente selezionati, in modo da poter precisare le caratteristiche (efficacia, sicurezza, economicità) e per quali sottogruppi di pz la nuova sperimentazione comporta i migliori benefici ed i minori rischi. Sono stati proposte due tipi di sperimentazioni: quelle esplicative che confermano un’ipotesi e quelle pragmatiche che condizionano la decisione clinica o la politica sanitaria fornendo l’evidenza dell’opportunità di interventi nella pratica clinica. La Review prosegue con le caratteristiche che dovrebbe avere una sperimentazione pragmatica e alcuni esempi. Avvertendo che “pragmatism should not be synonymous with a laissez-faire approach to trial conduct”, ma che per condizionare la pratica clinica deve essere applicato in sperimentazioni di alta qualità.

Genotypic Context and Epistasis in Individuals and Populations. Cell 2016;166:279. L’effetto del genotipo sul fenotipo dipende dal contesto genotipico tramite l’interazione genica nota con il termine di epistasi, la cui conoscenza consente di prevedere in base al genotipo il relativo fenotipo di una persona. Analogamente con studi di popolazione l’epistasi potrebbe aiutare ad individuare i fattori di rischio di caratteri/malattie complesse a di prevedere l’evoluzione sotto selezione. Ma d‘altra parte in genetica umana è difficile prevedere per una persona il genotipo dal fenotipo in base ai risultati degli studi di popolazione, probabilmente per la sottostima del contesto genotipico. Non c’è dubbio che sia e lo sarà sempre di più importante capire il contesto genetico ed i due tipi di epistasi, l’epistasi fisiologica che riguarda l’espressione di un dato genotipo nelle persone e l’epistasi statistica che descrive la variazione genetica nelle popolazioni. E’ importante e lo sarà sempre di più comunque capire i meccanismi epistatici quando si vorrà applicare la medicina personalizzata per prevedere il fenotipo di una persona in base ai suoi dati genotipici. La conclusione (opportunamente conservativa, ndr) “probably the best that one can do under the circumstances, using present methods, is to make predictions based on the main, additive effects of alleles, recognize the uncertainty of such predictions, and hope for the best”.

Strengthening Research through Data Sharing. NEJM 2016;375:401. Perspective sulla necessità di condizione dei dati in vari campi e seguenti:
The Yale Open Data Access (YODA) Project — A Mechanism for Data Sharing. Pg. 403.
Toward Fairness in Data Sharing. Pg. 405.
Sharing Data from Cardiovascular Clinical Trials — A Proposal. Pg. 407.

Ricordo che ci sono più di 270.000 cinesi in Italia, il 23% a MI. E’ utile tenere presente le mutazioni più comuni di alcune patologie in questa etnia che potrebbero differire da quanto siamo abituati (sarebbe utile avere tali dati per il management clinico relative alle principali nazioni di origine). Poster abstr. su Lancet online 30 October:
Predominant mutations in a hotspot of SERPINC1 associated with venous thromboembolism in the Chinese population: a case-control study. Pg. 39. Si ritiene che la prevalenza di deficit di antitrombina sia molto bassa nei pz con tromboembolia anche se sappiamo che potrebbe esserci una sottostima di tale deficit. Si è voluto determinare la frequenza delle principali mutazioni del relativo gene, SERPINC1, nella popolazione cinese vs quella spagnola (pz e controlli) ricorrendo alla tecnica PCR-RFLP. Nella sola popolazione cinese sono state trovate alcune mutazioni (p.Val295Met, p.Arg294Leu, p.Arg294Cys) che aumentano in modo significativo il rischio di tromboembolia. I portatori avevano un normale antigene antitrombinico e attività funzionale ma un incremento considerevole del potenziale endogeno di trombina.
Deafness genes in families with non-syndromic hearing loss in Shandong, China: a genetic study. Pg. 80. Il più frequente deficit sensoriale che interessa 1:500 neonati con più di 90 geni causativi della forma non sindromica. Lo studio genetico di 223 pz sporadici con la forma non sindromica della popolazione di Shandong ricorrendo a varie tecnica, NGS inclusa. Escludendo i pz con mutazione dei classici geni (GJB2, SLC26A4 e MT-RNR1) i rimanenti 173 sono stati indagati con NGS di 173 geni noti dell’ipo- anacusia. Trovate varanti causative della forma non sindromica nel 62% dei pz, i geni mutati sono GJB2 (58/138), SLC26A4 (51/138), MT-RNR1 (9/138), MYO15A (3/138), WFS1 (3/138), POU4F3 (2/138), TMC1 (2/138).
Homozygous familial hypercholesterolaemia in China: a genotype–phenotype analysis of cross-sectional data. Pg. 83. Studio sulla correlazione genotipo-fenotipo in 64 probandi con sospetta omozigosi per l’ipercolesterolemia familiare di età media di 13 anni (2-37 anni) analizzando i loro dati clinici e sequenziando i geni LDLR, APOB e PCSK9. Rilevate mutazioni, solo di LDLR, in omozigosi in 15 pz, eterozigosi composta in 34, eterozigosi in 9 e 6 sono risultati negativi. Il fenotipo (livelli di colesterolo e LDL) è risultato uguale in tutti i gruppi su riportati.
Vedi tra gli abstr. anche uno sulla supplementazione materna con ac. folico (Folic acid supplementation, birth defects, and adverse pregnancy outcomes in Chinese women: a population-based mega-cohort study. Pg. 91)(Spigolature Giugno 2016).

TERAPIA GENICA E GENE EDITING
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Duchenne muscular dystrophy: meeting the therapeutic Challenge. Lancet Neurology 2016;15:785. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Stakeholder cooperation to overcome challenges in orphan medicine development: the example of Duchenne muscular dystrophy. Pg. 882)(alcuni AA italiani) che è un Policy View di un gruppo multidisciplinare per lo sviluppo e l’applicazione delle nuove terapie per il Duchenne e una panoramica dei farmaci che hanno ricevuto la denominazione di farmaci orfani da parte dell’EMA per questa malattia. Bellissimo come inizia il commento, applicabile a tutte le malattie genetiche e a tutti noi quando comunichiamo la diagnosi ai genitori di un bambino con Duchenne ma credo si possa dire anche per molte altre malattia genetiche: “20 years ago I could not look parents in their eyes when delivering a diagnosis of Duchenne muscular dystrophy and say I knew of potential therapies in or entering clinical trials that had a reasonable prospect of changing the course of their son’s illness”. Ecco siamo nella stimolante situazione in cui le cose stanno cambiando anche per la Duchenne. Grazie alla collaborazione internazionale tra vari gruppi che a vario titolo si occupano di Duchenne un farmaco ha ricevuto l’autorizzazione sotto condizione per ragazzi con Duchenne che ancora camminano di età ≥ 5 anni con mutazione nonsenso causa di malattia nel 13% dei casi. Il farmaco (ataluren), approvato sotto condizione dalla EMA, è una piccola molecola che promuove il superamento in fase di traduzione (read-through) delle mutazioni nonsenso con codone di stop, mutazioni responsabili del 10% di tutte le malattie genetiche, incluso il Duchenne. Approvato il 19 Settembre 2016 dalla FDA il più recente farmaco (Exondys 51, eteplirsen) (http://www.fda.gov/newsevents/newsroom/pressannouncements/ucm521263.htm) che tramite uno skipping esonico 51 con un oligonucleotide antisenso corregge il trascritto mutato consentendo nel 13% dei paz Duchenne la produzione di una proteina meno efficace ma comunque funzionante (come quella della D. Beker). In questa review si sottolinea la necessità di collaborazione tra tutti gli stakeholder che si occupano a vario titolo di Duchenne (dalle causa farmaceutiche, ai gruppi di interesse-famiglie, agenzie per la ricerca, accademia e ricercatori) per promuovere la ricerca e l’applicazione di possibilità terapeutiche per questa malattia, in modo da costituire così un modello per la terapia per altre malattie.

Gene Therapy for “Bubble Boy” Disease. Cell 2016;166:263. Bench to bedside sintetico di una nuova terapia, approvata da EMA, per quei pz con immunodeficienza combinata da difetto di adenosina deaminasi (ADA-SCID) che per mancanza di donatori di midollo osseo compatibile non possono essere trapiantati (75%!). Frequenza della condizione 1-9/100.000 nati vivi In questi pz è possibile la terapia genica con cellule autologhe CD34+ trasdotte con vettore virale che codifica la sequenza cDNA di ADA.

Duchenne muscular dystrophy drugs at the crossroads, as newer agents advance. Nature Biotechnlogy 2016;34:675. Ancora sulle incertezze dell’efficacia delle terapie molecolari (eteplirsen e ataluren) che attendevano l’autorizzazione al loro uso per la terapia del Duchenne. In Tab 1 le terapie che modificano il decorso della malattia, la fase della sperimentazione clinica e la loro posizione nei confronti di EMA e FDA. Con conclusione analoga alle conclusioni dell’articolo di Lancet Neurology sopra indicato: “Curative therapy for DMD remains some way off, but children born with the condition now have better prospects than any who have preceded them”.

Therapies of lysosomal storage disorders targeting the brain. Lancet 2016;388:440. Commento dei risultati della sperimentazione clinica (Lentiviral haemopoietic stem-cell gene therapy in early-onset metachromatic leukodystrophy: an ad-hoc analysis of a non-randomised, open-label, phase 1/2 trial. Pg 476)(articolo interamente di AA italiani) per la terapia genica della Leucodistrofia metacromatica da deficit di arilsolfatasi A (ARSA), malattia lisosomiale demielinizzante e neurodegenerativa da accumulo di solfatidi nelle cellule neurali e gliali del SNC e periferico. Le forme ad inizio precoce sono la tarda infantile
con segni prima dei 30 mesi di vita, più grave, e la precoce giovanile con segni dai 30 mesi ai primi 6 anni. La terapia applicabile è il trapianto di cellule staminali ematopoietiche da donatori HLA compatibili prima che compaiano i segni più gravi, terapia che nella forma più tardiva attenua i segni da compromissione del SNC ma non quelli del SNP, mentre risulta poco efficace per la forma più precoce. In questa sperimentazione non randomizzata aperta di lungo termine sono stati sottoposti 9 pz con la forma precoce (6 tarda infantile, 2 precoce giovanile e 2 non definibile tra le due) per verificare la sicurezza e l’efficacia del trapianto di cellule staminali ematopoietiche autologhe geneticamente modificate mediante vettore lentivirale per esprimere livelli sovrafisiologici di ARSA. Il reclutamento dei pz è avvenuto tra l’Aprile 2010 e il Febbraio 2013 con un follow-up di 36 mesi (range 18-54). I miglioramenti osservati sono legati all’intervallo tra la terapia genica e l’età di comparsa dei segni clinici con effetti significativi in 8 sulla demielinizzazione del SNC e almeno in 3 anche sulle anomalie del SNP. I risultati definitivi di questa sperimentazione
saranno disponibili quanto sarà completato il follow-up di 3 anni di tutti i 20 pz in studio (ClinicalTrials.gov, number NCT01560182).

Safer conditioning for blood stem cell transplants. Nature Biotchnology 2016;34:721. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Non-genotoxic conditioning for hematopoietic stem cell transplantation using a hematopoietic-cell-specific internalizing immunotoxin. Pg. 738) che propone un nuovo sistema per ridurre gli effetti genotossici preparatori (regime condizionante) per il trapianto di cellule staminali ematopoietiche (HSCT) per varie malattie tra cui le emoglobinopatie, le manifestazione ematologiche di malattie come l’A. Fanconi, la s. Wiskott-Aldrich, le malattie neurodegenerative come la Leucodistrofia metacromatica, le immunodeficienze congenite ed altro, come il Diabete 1 e forse anche per l’AIDS. Il metodo di condizionamento non genotossico può costituire un’alternativa al regime del trapianto HSCT ora adottato per la terapia delle malattie non maligne del sangue.

The FDA is prohibited from going germline. Science 2016;353:545. Full stop: U.S. Congress precludes human germline modification.

MODELLI ANIMALI
ALS gene linked to autoimmunity. Nature 2016;535:327. Commento di un lavoro (di cui ho solo l’abstract)(Sci. Transl. Med. 2016 Jul 13;8(347):347ra93). Una mutazione del gene C9ORF72 (eterozigosi con perdita di funzione per espansione esanucleotidica, ndr) è responsabile di una certa proporzione di casi sporadici o familiare con Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS) o con Demenza Fronto-Temporale. Il topo con mutazione con perdita di funzione dell’ortologo di questo gene ha splenomegalia, neutrofilia, trombocitopenia, aumentata espressione delle citochine infiammatorie e grave patologia autoimmunitaria che ne causa la morte prematura. Il trapianto di sue cellule midollari in topi normali produce lo stesso risultato, mentre il trapianto di cellule midollari di topo normale nel topo mutato ne attenua il fenotipo. Si conclude quindi che C9ORF72 svolge un’importante funzione nel sistema ematopoietico di controllo dell’infiammazione e dell’insorgere dell’autoimmunità.

PAM helps solve VTA’s SHANKless problem. Nature Neuroscience 2016;19:864. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (SHANK3 controls maturation of social reward circuits in the VTA. Pg. 926) in cui si è studiato nel topo l’effetto di KO di Shank 3 a livello dell’area tegmentale ventrale (VTA: gruppo di neuroni dopaminergici sulla linea mediana del pavimento del mesencefalo, area importante per la cognizione, motivazione, assuefazione e dipendenza da droghe, nelle emozioni legate all'amore ed interessata in varie anomalie del neurosviluppo) per studiare la relazione tra questo gene e lo sviluppo della trasmissione glutaminergica nella VTA). La proteina Shank3 (localizzata nelle giunzioni sinaptiche per la comunicazione interneuronale, è una proteina “scaffold” necessaria per raggruppare molte altre proteine sulla membrana cellulare postsinaptica e per coordinare la risposta della cellula ai segnali della cellula presinaptica) se mutata è causa di spettro autistico monogenico e se deleta della s. Phelan-McDermid (MIM #606232). Nel topo il KO giovane o adulto con KO genico tramite vettore AAV con iniezione perinatale provoca disinteresse sociale duraturo interessando oltre alla trasmissione delle sinapsi eccitatorie anche l’attività dei neuroni dopaminici del mesencefalo ed il comportamento dell’animale (poca socializzazione). Il rilascio dopaminico ottenuto con tecniche di optogenetica (manipolazione genetica delle cellule per renderle sensibili alla luce, ndr) o lo stimolo dei recettori metabotropici glutammatergici ne corregge gli effetti. In conclusione SHANK3 è importante per la maturazione sinaptica in VTA durante lo sviluppo in epoca postnatale precoce, il deficit di neurotrasmissione dopaminico da difetto della proteina SHANK3 induce i segni di autismo e infine viene suggerito il meccanismo alla base della perdita di interesse sociale nella s. Phelan-McDermid.

Ever decreasing ripples. Nature Reviews Neuroscience July 2016. Commento del lavoro Apolipoprotein E4 Causes Age-Dependent Disruption of Slow Gamma Oscillations during Hippocampal Sharp-Wave Ripples. Neuron 2016;90:740 in cui si dimostra che nel topo APOE4 knockin (con l’isoforma ε4 della apolipoproteina E, che è il principale fattore di rischio genetico dell’Alzheimer soprattutto per le donne), negli interneuroni GABAergici ippocampali si producono alterazioni dell’attività del network ippocampale associati a deficit di memoria e di apprendimento (“sharp-wave ripples” sono onde acute con frequenza di 150-250 Hz che sono un correlato elettrofunzionale del processo di consolidamento della memoria esplicita

Peripheral Mechanosensory Neuron Dysfunction Underlies Tactile and Behavioral Deficits in Mouse Models of ASDs. Cell 2016;166:299 e commento (The Troubled Touch of AutismThe Troubled Touch of AutismThe Troubled Touch of Autism. Pg 273). Studi nel topo suggeriscono che deficit a livello dei neuroni sensitivi periferici possono contribuire al fenotipo comportamentale autistico. L’osservazione proviene dall’osservazione che il topo con mutazione dei geni dell’autismo nell’uomo (Mecp2, Gabrb3, Fmr1) ha un’alterata discriminazione tattile e un’ipersensibilità quando toccato anche solo lievemente. La delezione di Mecp2 o di Gabrb3 nei neuroni somato-sensoriali determina una disfunzione meccano-sensoriale da perdita di inibizione presinaptica di GABAA mediata da recettori degli impulsi al SNC. Questa disfunzione tattile, che si produce solo se la delezione avviene nel corso dello sviluppo non in età adulta, determina difetto di interazione sociale e sindrome ansiosa. La normalizzazione dell’espressione di Mecp2 unicamente nei neuroni somato-sensoriali in topi Mecp2 nulli normalizza la sensibilità tattile, elimina i sintomi ansiosi e il deficit di interazione sociale ma non i difetti motori, di memoria e la letalità. Questo contributo al fenotipo autistico fornito dall’alterata funzione del sistema nervoso periferico durante le fasi critiche dello sviluppo potrebbe favorire l’adozione nei pz di nuovi approcci terapeutici.

Severe muscle wasting and denervation in mice lacking the RNA-binding protein ZFP106. PNAS 2016;113:E4494. Forse un nuovo gene delle malattie neurodegenerative (ALS, CMT HSP), malattie geneticamente molto eterogenee da danno del motoneurone da danno della giunzione neuromuscolare. Il topo a cui manca una proteina zinc finger (ZFP106)(non riportata in OMIM) ha un’atrofia muscolare e dei motoneuroni e muore prematuramente. ZFP106 interagisce direttamente con il fattore di splicing RNA binding protein 39 nei granuli intercromatinici. Il suo KO nei tessuti produce alterazioni di espressione genica e di splicing alternativo simili a quelli che si osservano in patologia umana. Quindi un buon gene candidato per le malattie neurodegenerative autosomiche recessive (ne sentiremo parlare, ndr).

Chromatin controls behavior. Science 2016;353:218. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Chromatin remodeling inactivates activity genes and regulates neural coding. Pg. 300) che spiega come il rimodellamento cromatinico può controllare l’apprendimento e la memoria. Era noto da tempo che la cromatina regola la funzione genica cellulare dopo che ne è stato stabilito il destino per consentire di mantenere il suo fenotipo. Ma poco si conosce della regolazione dinamica della struttura cromatinica né il suo ruolo biologico. In questo lavoro si descrive nel topo come la regolazione dinamica della cromatina controlla lo sviluppo e la funzione del circuito cerebellare, l’apprendimento e la memoria dipendenti dal cervelletto definendo un meccanismo epigenetico che inattiva l’espressione genica a livello cerebrale dopo l’attività neuronale.

CARATTERI-MALATTIE COMPLESSE/STUDI ASSOCIAZIONE
A plethora of pleiotropy across complex traits. Nature Genetics 2016;48:707. Commento di un lavoro sullo stesso fascicolo (Detection and interpretation of shared genetic influences on 42 human traits. Pg. 709) in cui si sottolinea il fatto che sono state individuate varianti associate a più fenotipi (pleiotropia, ma gli AA dicono subito che non useranno questo termine) questo potrebbe aiutarci a capire non solo la funzione a livello molecolare di quel gene (es. i maschi con fibrosi cistica, in cui c’è prevalentemente una patologia polmonare, sono spesso sterili per assenza congenita di vasi deferenti per cui la proteina SFTR agisce sia a livello di funzione polmonate che di sviluppo degli organi riproduttivi) ma anche le interazioni tra diversi caratteri (es. rischio di malattia cardiaca con ipercolesterolemia congenita, facendo concludere che la prima influenzi la seconda). Nel primo caso i due fenotipi sono indipendenti (P1 G P2), nel secondo caso uno è la conseguenza dell’altro (G P1 P2). Sono molte le associazioni trovate tra varianti genetiche e fenotipi variabili in buona parte interpretate come dovute a più effetti indipendenti della variante. In questo studio si è voluto applicare una ricerca sull’intero genoma di varianti che influenzano coppie di caratteri e successivamente verificarne il rapporto causale o non causale secondo il modello descritto. Ne vengono riportati i risultati ricorrendo a GWAS di 42 caratteri o malattie. Identificati 341 loci associati a più caratteri multipli; molti sono associati a più fenotipi (es. una variante non sinonima influenza 7 diversi caratteri tra cui la schizofrenia e il Parkinson). Sono stati studiati questi loci per identificare caratteri che hanno cause genetiche in comune (es. varianti che comportano un rischio aumentato di schizofrenia tendono ad essere associate ad un aumentato rischio di malattia infiammatoria intestinale). Viene proposta una metodica per identificare coppie di caratteri con una relazione causale, come BMI ed aumentati livelli di trigliceridi.

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