Articoli Genetica Clinica/UmanaGiu 2012, R. Tenconi

Scelta di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati nel Giugno 2012 nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neurosciences, NEJM, PNAS, Science & Cell.

****

Mechanisms and consequences of widespread random monoallelic expression. Nature Reviews Genetics 2012;13:421. Review sui meccanismi e sulle conseguenze dell’espressione monoallelica casuale di geni autosomici, simile a quella dei geni XL nelle femmine dei mammiferi, e che sono più numerosi di questi. Per alcuni di questi geni autosomici in metà delle cellule è espresso l’allele materno e nella restante metà quello paterno, per altri invece questa espressione monoallelica casuale (RME) riguarda solo alcune cellule mentre tutte le altre hanno un’espressione biallelica. E questo comporta eterogeneità cellulare e una straordinaria varietà di combinazioni. I primi geni in cui è stato osservato questo sono stati i geni codificanti i recettori dei linfociti B e T (è stata definita esclusione allelica, 1965) mediante geni attivanti la ricombinazione (RAG), i geni dell’olfatto presenti in cluster nel genoma, recettori del ferormone, recettori delle cellule natural killer, geni coinvolti nelle funzioni chemosensorie e immunitarie. Nel 2007 le nuove tecniche di analisi del genoma hanno consentito di stimare che il 5-10% dei geni hanno RME. Da notare che per nessun gene soppressore di tumore è stato dimostrata la RME. Quali gli effetti immaginabili sul fenotipo? La variabile espressione di certe variazioni e le note difficoltà di rapporto genotipo/fenotipo. Il meccanismo è una replicazione asincrona. Sono facilmente comprensibili le implicazioni funzionali per i chemosensori: ad es. per l’olfatto si evita la confusione di funzione di due diversi alleli del recettore, per i geni codificanti recettori del sistema immunitario si genera una estrema diversità cellulare. Meno chiaro per altri geni. Il fenomeno EMC ha anche implicazioni per l’evoluzione. Molto bello

***

Mutations in KANSL1 cause the 17q21.31 microdeletion syndrome phenotype. Nature Genetics 2012;44;636 e Mutations in the chromatin modifier gene KANSL1 cause the 17q21.31 microdeletion syndrome. Nature Genetics 2012;44:639. Due lavori (di cui uno dei colleghi della Cattolica di Roma) sulla sindrome da microdelezione 17q21.31 che ora si dimostra che è una sindrome monogenica da aploinsufficienza del gene KANSL1. Situazione analoga a altre sindromi da microdel come la s. Smith-Magenis syndrome (delezione 17p11.2, gene RAI1), la s. Phelan-McDermid syndrome (del22q13, gene SHANK3), la s. Kleefstra (del9q34, gene EHMT1). Il gene KANSL1 codifica per un prodotto che fa parte del complesso non-specific lethal (NSL), altamente conservato e descritto per la prima volta nella Drosofila, il cui knockout è responsabile di una significativa riduzione di apprendimento. Va sottolineato (ndr) che l’identificazione del gene che determina il fenotipo nella s. da microdelezione 17q21.31 è avvenuta in base a una selezione clinica accurata, incluso (gruppo di Roma) il dismorfismo facciale, che ha indotto a ricercare mutazioni dei geni compresi nel segmento usualmente deleto in soggetti con fenotipo compatibile con del17q21.31 ma senza microdelezione. Vedetevi le foto e memorizzate le caratteristiche facciali. Una dimostrazione della necessità, prima di applicare un test genetico, di una competente e approfondita valutazione clinica.

**

Exome sequencing and the genetic basis of complex traits. Nature Genetics 2012;44:623. Il sequenziamento esonico (SE) ha avuto un buon successo negli studi di sequenziamento di geni candidati e ora è anche usato negli studi di associazione di rare varianti codificanti per le malattie complesse. In questa Perspective viene commentata l’esperienza di SE di 438 persone e viene presentato il trattamento e il controllo di qualità dei dati grezzi di ottenuti, le statistiche applicate, il peso dato alle varianti rare per identificarne l’associazione con il fenotipo e la necessità di stratificare la popolazione (def.: suddividerla in sottopopolazioni (strati) il più possibile omogenee rispetto alla variabile da studiare, utilizzando una variabile ad essa correlata, ndr) nell’analisi delle variante rare. Gli AA concludono che l’entusiasmo del SE per lo studio dei tratti multifattoriali è giustificato ma la popolazione in studio deve essere molto ampia (>10.000 campioni) per poter raggiungere la necessaria potenza statistica (che dipende dal numero di eventi che si verificano in uno studio e dal numero di soggetti inclusi nel campione, questo per rendere meno probabile il rischio di considerare non significativa una differenza invece esistente, ndr). Vedi altri lavori citati nelle Spigolature Maggio 2012 (Not-so-rare gene variants. Nature 485:418; http://www.sciencemag.org/content/early/recent)(National Heart, Lung, and Blood Institute Exome Sequencing Project; Science 2012;336:740. Recent explosive human population growth has resulted in an excess of rare genetic variants).

Ancora Autismo

**
Fruits of exome sequencing for autism. Research highlights. Nature Reviews Genetics doi:10.1038/nrg3248. Commento di 5 articoli/commenti di cui 4 (Nature 2012; pg. 237, pg. 242, pg. 246; pg. 482; PLoS Genetics 2012;8:e1002635) riportati nell’elenco degli “Articoli di interesse” dello scorso Maggio, e un articolo su Neuron (De novo gene disruptions in children on the autistic spectrum. Neuron 2012;74,285). L’abbondanza di dati consente alcune considerazioni: sono state individuate 127 mutazioni de novo che alterano la funzione genica, alcune sicuramente causative della patologia, estrema eterogeneità di locus con almeno 6 geni con mutazioni troncanti (es. SCN2A, CHD8, KATNAL2) e molte decine di altri geni coinvolti (alcuni stimano 65, altri dicono centinaia), geni che contribuiscono ciascuno per una piccola frazione di casi, molti svolgono un ruolo cruciale in alcuni pathway di segnale cruciali (β-catenina-chromatin remodelling protein network circa 40% dei casi, p53) e sono geni causativi di alcune malattie comportamentali e epilessia, una frequenza di mutazioni non sinonime de novo nei pz (46%) più alto rispetto alla popolazione normale (mutazioni che potrebbero costituire un rischio ma non essere da sole causa di malattia), le mutazioni de novo sono in prevalenza di origine paterna e sono correlate con l’età paterna (come alcune malattie MG AD, ndr). Vi sono anche altri geni ritenuti causa di autismo (UBE3B, CLTCL1, NCKAP5 like, ZNF18) in omozigosi di mutazioni missenso rare. Ma sembra che il contributo all’autismo non sia limitato a geni codificanti a proteine ma esteso anche a regioni non codificanti (MSNP1AS)(A noncoding RNA antisense to moesin at 5p14.1 in autism. Science Translational Medicine 2012;4:128ra40)

Nell’autismo sono state trovate mutazioni-malattia di geni delle proteine sinaptiche, come la neuroligina, la neuressina, GKAPs/SAPAPs e ProSAP/Shank, ma ne rimangono non ancora ben chiari i meccanismi patogenetici. Due lavori sul modello di topo con mutazione del gene Shank2 possono indicare l’appropriata terapia in base al meccanismo patogenetico che determina la patologia neurologico-comportamentale.

Autistic-like behaviours and hyperactivity in mice lacking ProSAP1/Shank2. Nature 2012;486:256. Sono stati generate topi che mancano di tutte le isoforme ProSAP/Shank2 e ne è stato verificato il fenotipo proteico, tissutale (architettura sinaptica), neurofisiologico e comportamentale. E’ stata dimostrata: una disregolazione della neurotrasmissione glutamatergica, con l’analisi comparativa di topi con mutazione di proteine simili (ProSAP1/Shank2 o delle principali isoforme di ProSAP2/Shank3), che fanno parte dello stesso pathway sinaptico, si rileva che le conseguenze molecolari possono essere diverse (eccesso o difetto di recettori del glutamato), il fenotipo comportamentale di mutazioni di ogni membro della famiglia ProSAP/Shank è comunque quello dello spettro autistico (ASD): mantenuta la memoria di lavoro (informazioni che vengono intrattenute temporaneamente dal sistema mnestico, ma con una capacità ed un tempo di ritenzione ridotti, Wikipedia), aumentata l’ansietà, presenza di anomalie di interazione sociale e di vocalizzazione. Rimane da stabilire se terapie gene- o pathway specifiche possono modulare o far regredire i meccanismi molecolari responsabili del ASD.

Autistic-like social behaviour in Shank2-mutant mice improved by restoring NMDA receptor function. Nature 2012;486:261. Mutazioni di Shank2 sono causa di autismo e di deficit intellettivo. E’ stato generato un topo con delezione dell’esone 6 e 7 del gene Shank2 (Shank2^-/-), delezione che determina nell’uomo la nota sindrome da microdelezione. Il fenotipo è quello classico murino dell’autismo con ridotta socializzazione da vocalizzazioni ultrasoniche, salti ripetitivi, con normale struttura cerebrale e normale sopravvivenza. La delezione comporta assenza di proteina Shank2 nell’encefalo senza effetto compensatorio di Shank1 e Shank3. Vi è una notevole diminuzione della funzione dei recettori glutammato NMDA (NMDAR). La loro stimolazione con D-cicloserina ne normalizza la funzione e migliora l’interazione sociale dei topi Shank2^-/-. Anche la terapia con mGluR5 (metabotropic glutamate receptor 5)(i recettori metabotropici glutammatergici sono importanti per la plasticità e lo sviluppo neuronale, ndr)(vedi Genome-wide copy number variation study associates metabotropic glutamate receptor gene networks with attention deficit hyperactivity disorder. Nat Genet 2012;44:78)(vedi Articoli di interesse Gennaio 2012), che attivando NMDAR ne normalizza la funzione e aumenta considerevolmente nel topo l’interazione sociale.

Possibile strategia terapeutica per una frequente e grave patologia comportale (frequenza 1/150 bambini, ereditabilità 40-80%, rischio per fratelli 25 volte superiore della popolazione generale, concordanza gemelli MZ 60%, DZ 20-30%, causa nota nell’1-2% dei casi: monogenico in <1%).

Maternal periconceptional folic acid intake and risk of autism spectrum disorders and developmental delay in the CHARGE (CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment) case-control study. Am J Clin Nutr 10.3945/ajcn.110.004416. Studio per verificare se l’assunzione materna di acido folico (AF) in epoca periconcezionale modifica il rischio di figli con Deficit intellettivo o Autismo. Nell’ambito di uno studio popolazionistico CHARGE (CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment) di lunga durata (2003 to 2009)(Davis Ca.) è stato stimata l’assunzione quotidiana di ac. folico in un gruppo di madri con figlio con autismo (n. 429) o con ritardo di sviluppo (n.278) rispetto a madri con figlio con normale sviluppo e comportamento (n. 278). Come da attendersi l’assunzione media di AF nel primo trimestre di gravidanza è stata significativamente maggiore nelle madri con figlio normale rispetto alle madri con figli con autismo. La dose quotidiana > 600 µg AF nel primo trimestre è associato a ridotto rischio di figlio con autismo e è dose dipendente. L’associazione tra assunzione di AF e ridotto rischio di autismo è risultata ancor più significativa per madri e figli con il polimorfismo MTHFR 677 C>T. La conclusione è che l’assunzione periconcezionale materna di AF sembra ridurre il rischio di autismo nel figlio, soprattutto in coloro che hanno un metabolismo meno efficiente dei folati (vedi anche Epidemiology 2011;22:476, Spigolature Aprile 2012). “The replication of these findings and investigations of mechanisms involved are warranted” dicono gli AA (ma perchè l’autismo sembra crescere di frequenza in USA – vedi Autism increase. Nature 2012;484:11, vedi Spigolature Aprile 2012- quando i cereali sono arricchiti con AF in USA per la prevenzione dei DTN? Ndr).

Reversing the fragile X phenotype. Research highlights. Nature Reviews Neuroscience doi:10.1038/nrn3255. Topi Fmr1^-/y che mancano della proteina assente nella s. Fragile X (FMRP) dell’uomo hanno molte manifestazioni cliniche della condizione umana che possono essere corrette con riduzione dell’attività di un recettore metabiotropico per il glutammato (mGluR5) mediante manipolazione germinale. Ma per trasformare questa osservazione in una strategia terapeutica per la s. Fragile X andava dimostrato che tale effetto lo si riscontra anche quando il fenotipo è già presente. Il commento riguarda l’articolo (Chronic pharmacological mGlu5 inhibition corrects fragile X in adult mice. Neuron 2012;74:49) in cui si conferma che l’inibizione farmacologica cronica di mGluR5 nel topo adulto corregge molte delle anomalie fenotipiche (apprendimento e memoria) da perdita di FMRP. Ma anche è dimostrabile un positivo effetto tissutale (densità dendritica) e una regolazione dei pathway di segnale ERK e mTOR a livello della corteccia cerebrale.

Anti-stress therapy for muscular dystrophy. Research Highlights Nature Biotechnology 2012;30:508. Commento di un lavoro (Hsp72 preserves muscle function and slows progression of severe muscular dystrophy. Nature 2012;484:394) che parte dall’osservazione del ruolo di processi infiammatori nella patogenesi della m. Duchenne e verifica l’effetto di un farmaco, BGP-15, che è un induttore farmacologico di heat shock protein 72 (Hsp 72), proteina sregolata in alcune patologie; BGP-15 è un buon candidato per la terapia di malattie “dei lipidi di membrana” con misfolding proteico associato con l’età (è in sperimentazione clinica ad es. nel diabete) senza rilevanti effetti collaterali. In due diversi modelli di topo Duchenne l’aumentata espressione di Hsp 72 preserva la forza muscolare e ne migliora gli aspetti distrofici dei muscoli. La terapia viene proposta per la m. Duchenne e per altre condizioni con patogenesi simile o come unica terapia sintomatica o in associazione con altre terapie farmacologiche o geniche.

Hereditary mixed polyposis syndrome is caused by a 40-kb upstream duplication that leads to increased and ectopic expression of the BMP antagonist GREM1. Nature Genetics 2012;44:699. Mutazioni ad alta penetranza di alcuni geni come APC, MSH2 and MLH1 causano specifici tumori colorettali associate a specifiche anomalie extracoliche. La sindrome da poliposi ereditaria mista (HMPS) è una malattia tumorale AD con polipi del colon-retto di diversi tipi e con alto rischio di carcinoma. Usando una complessa metodologia nelle famiglie con HMPS (mappatura genetica, array oligonucleotidico custom, NGS, analisi di espressione genica e funzionali) viene individuata una piccola duplicazione a livello di 15:30.77 Mb a monte del locus GREM1 che determina un’espressione aumentata e ectopica allele specifica del gene che a sua volta causa una riduzione di attività del pathway BMP (Bone Morphogenetic Protein), meccanismo in comune con un’altra condizione simile (Poliposi giovanile del grosso intestino).

La duplicazione causa di HMPS sinora è stata trovata solo nella popolazione degli ebrei askenaziti.

Mutations in the RNA exosome component gene EXOSC3 cause pontocerebellar hypoplasia and spinal motor neuron degeneration Nature Genetics 2012;44:704. L’ipoplasia pontocerebellare (PCH) è un gruppo clinicamente e geneticamente eterogeneo di condizioni (PC1-PC6) AR con grave patologia neurodegenerativa caratterizzate da ridotta crescita e funzione del tronco e cerebellare, microcefalia e ritardo di sviluppo globale. PCH1 ha oltre a questo anche perdita delle cellule delle corna anteriori del midollo spinale con secondaria diffusa atrofia muscolare (tipo SMA). Nel mx parte dei casi la diagnosi è solo clinica, in sole due occasioni è stata trovata una mutazione in uno dei tre geni VRK1 (encoding vaccinia-related kinase 1) o RARS2 (encoding mitochondrial arginyl-tRNA synthetase 2) o TSEN54 (encoding tRNA splicing endonuclease 54). In questo lavoro il sequenziamento esonico in una famiglia con 4 fratelli affetti è stata trovata omozigosi di una variante rara del gene EXOSC3 in tutti gli affetti. L’analisi di altre famiglie (totale 13, due sole con consanguineità dei genitori) ha consentito di validare tale dato trovando mutazioni bialleliche missenso, frameshift e del sito di splicing. In 4 non è stata trovata mutazione dei geni noti, incluso EXOSC3. Knockdown di exosc3 in embrioni di zebrafish determina anomalie di sviluppo con piccole dimensioni cerebrali e ridotta mobilità. Questo è il primo esempio di malattia umana da mutazione di un gene che codifica per un componente del complesso multiproteico che degrada vari tipi di RNA, suggerendo un ruolo critico del metabolismo del RNA nello sviluppo cerebrale.

Mutations in IRX5 impair craniofacial development and germ cell migration via SDF1. Nature Genetics 2012;44:709. Alterazioni anche modeste di proliferazione o migrazione delle cellule della cresta neurale (NCC), determinano anomalie cranio-facciali strutturali e funzionali con compromissione non solo cranio-facciali ma anche dentali, lacrimali, salivari e tiroidee. Nel lavoro viene descritta una nuova condizione clinica a trasmissione AR (MIM #611174) con deficit intellettivo, anomalie frontonasali (simile alla displasia fronto-nasale, ndr), miopia, ipoplasia lacrimale e salivare, ipodontia, orecchie prominenti, ipoacusia NS, fragilità scheletrica, DIV con anomalie di conduzione, anemia microcitica-ipocromica. Sulla base della funzione di questo gene (vedi poi) nei maschi è stata documentata anche un’anomalia testicolare. La mappatura per omozigosità e il seguente sequenziamento dei geni (73) in 2 diverse famiglie con 5 probandi e con incroci di consanguinei, ha identificato due diverse mutazioni missenso di un fattore di trascrizione IRX5. Knockdown di Irx5 negli embrioni di Xenopus laevis (rana Africana) causa anomalie simili a quelle osservate nei probandi, in particolare anomalie craniche da alterata migrazione delle NCC nel primo arco branchiale che sono prevenibili iniettando il gene selvatico di topo ma non il gene con mutazione missenso. Nello X. laevis Irx5 modula la migrazione delle cellule progenitrici negli archi branchiali e nelle gonadi (vedi clinica) controllando l’espressione di un gene (Sdf1) una citochina essenziale per la migrazione delle NCC. Il gene IRX1 coopera con altre due proteine zinc-finger (GATA3 e TRPS1) la cui aploinsuffcienza causa due condizioni con segni clinici in parte simili a quelli di questa nuova condizione, Ipoparatoroidismo con ipoacusia NS e malattia renale (#MIM 146245) e Sindrome Trico-rino-falangea 1 (MIM #190350).

CCDC103 mutations cause primary ciliary dyskinesia by disrupting assembly of ciliary dynein arms. 2012;44:714. Analisi genetiche (mappatura, gene candidato) nello zebrafish hanno consentito di identificare mutazioni di un gene (ccdc103c) come causa di paralisi ciliare nel pronefro, placode olfattivo e nel canale spinale; tale gene è quindi ritenuto essenziale per l’assemblaggio dineinico dell’assonema e la motilità cigliare. L’analisi genetica di 146 famiglie di origine pakistana con soggetti affetti da discinesia cigliare primaria (PCD1, MIM #244400) ha identificato mutazioni dell’ortologo umano CCDC103, alcune ipomorfe altre decisamente patogene. CCDC103 costituisce quindi un importante fattore assonemico che favorisce l’ancoraggio della dineina, motore proteico, ai microtubuli cigliari.

Paper reveals new channels for worry over long QT syndrome. New Nature Medicine 2012;18:839. La sindrome con QT lungo è una condizione caratterizzata da allungamento dell’intervallo QT all’ECG, che significa un tempo eccessivo tra depolarizzazione e ripolarizzazione ventricolari con predisposizione a un’aritmia cardiaca, che può esitare in fibrillazione ventricolare e morte improvvisa. Può essere dovuta a una mutazione (sinora circa 700) di uno dei 13 geni noti (quelli per ora noti) o indotto da farmaci specialmente gli inibitori della tirosinchinasi, come Nilotinib (Novartis) usato come terapia della leucemia mieloide cronica. Tale farmaco fa crescere la frequenza di tale complicazione dal 5% di partenza all’11% dopo il trattamento (Haematologica doi:10.3324/haematol.2011.058776, 2012). Si è sempre pensato che questi farmaci bloccassero i canali ionici del potassio ritardando la ripolarizzazione. Ma sembra che il meccanismo sia più complesso determinando un’inibizione del pathway di segnale PI3K che interessa anche altri canali ionici (Science Translational Medicine 2012;4:131ra50). Questo induce a un cambiamento nei test preclinici di nuovi farmaci che per ora includono solo la valutazione del blocco del canale del potassio, il suggerimento allora di “Beyond potassium”. Ma queste informazioni potrebbero essere utili per sviluppare farmaci da aggiungere a quelli noti e che attivino il pathway P13K, rendendo possibile l’utilizzo dei farmaci già in uso e il recupero di quelli scartati per l’effetto negativo sul QT. (Queste nuove info potrebbero essere utili anche per il QT lungo genetico? ndr).

Somatic mutations in Brain. Nature Medicine 2012;18:869. Nella emimegalencefalia (HMG), caratterizzata da eccessivo sviluppo e malformazioni (displasia corticale con epilessia) di un emisfero cerebrale è stato trovato in alcuni soggetti una mutazione somatica attivante confinata all’encefalo del gene AKT3 (Somatic Activation of AKT3 Causes Hemispheric Developmental Brain Malformations. Neuron 2012;74:41). Il knockout del topo e dello zebrafish ha ridotto numero di neuroni e ridotte dimensioni cerebrali, mentre la sovraepressione AKT3 determina aumento dello spessore cranico nello zebrafish, esperimenti che sottolineano il ruolo di questo gene nel controllo dinamico delle dimensioni craniche. La clinica aveva notato una sovrapposizione tra HMG e la s. Proteus (MIM #176920), che è un’altra condizione con eccesso di crescita asimmetrica e sproporzionata di varie parti del corpo, del connettivo, del tessuto adiposo con malformazioni vascolari da attivazione somatica in mosaico del gene AKT1 (NEJM 2011;365:611) e una sindrome con ipoglicemia e emi-ipertrofia da mutazione germinale o somatica attivante del gene AKT2 (An Activating Mutation of AKT2 and Human Hypoglycemia. Science 2011;334:474)(vedi Articoli interesse 2011). Interessante anche che nel cancro, che non è una complicazione della HMG, sono state trovate mutazioni del gene AKT3. Come per altre condizioni l’effetto della mutazione può dipendere dal tipo di mutazione (PTPN11 s. Noonan e leucemia mieloide acuta, ad es. ndr) o dal diverso contesto cellulare come ipotizzato per AKT3.

Wnt/ß-Catenin Signaling and Disease. Cell 2012;149:1192. Review sul pathway di trasduzione del segnale WNT/b-catenina che controlla lo sviluppo e i cui numerosi componenti contribuiscono a un ampio spettro di patologie nell’uomo note dai primi anni ’90 con l’identificazione del gene della Poliposi adenomatosa colica (APC) che interagisce con la ß-Catenina. Ora sono quasi 30, buona parte con mutazioni da perdita di funzione, poche con acquisizione di funzione, tra cui mutazione del gene codificante la proteina WNT3 LOF tetra-amelia, WNT4 LOF Mullerian duct regression and virilisation, WNT5B LOF? type II diabetes, WNT7A LOF Fuhrmann syndrome, WNT10A LOF odonto-onchyo-dermal hypoplasia, WNT10B LOF obesity, cheratosi palmo-plantare, ipotricosi ereditaria semplice, vitreo-retinopatia essudativa familiare, vari tipi di cancro, diabete tipo II e altre (Tab. 1). Nella review vengono poste 10 domande a cui non è possibile per ora dare risposta, tra cui: quanti geni sono controllati dal Wnt, rapporto delle cellule staminali del cancro con Wnt, identificazione di efficaci inibitori di Wnt.

Tumor Suppression by p53: Fall of the Triumvirate? Cell 2012;149:1183. Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Tumor Suppression in the Absence of p53-Mediated Cell-Cycle Arrest, Apoptosis, and Senescence. Pg. 1269) in cui viene sottolineato il ruolo di soppressore di tumore di p53 che viene attivato da segnali come l’attivazione di un oncogene, l’erosione telomerica, l’ipossia e il danno genotossico. A sua volta p53 coordina tre meccanismi di risposta, che sono l’induzione di arresto del ciclo cellulare, l’apoptosi e la senescenza. Così viene evitato che la cellula esposta a stress oncogenico proliferi e che si sviluppi il tumore. L’articolo, come dice il commento, getta costernazione, perché dimostra che un mutante p53 (3KR) non induce l’arresto del ciclo cellulare, apoptosi o senescenza ma protegge comunque il topo dallo sviluppo del tumore. Ma allora “if not cell-cycle arrest, apoptosis, or senescence, what is p53 doing?” Lo studio dimostra che i geni che rimangono rispondenti alla mutazione 3KR sono quelli della regolazione del metabolismo energetico e della funzione antiossidante conservando la funzione di ostacolo all’effetto Warburg (processo metabolico caratteristico delle cellule cancerose che assumono glucosio a una velocità molto superiore e che utilizzano una frazione minore di quel glucosio per la produzione di energia, meccanismo simile a quello delle cellule fetali) regolando l’uptake del glucosio, la glicolisi e i livelli di radicali liberi centrati sull’O². Dato che metà dei tumori dell’uomo hanno mutazione p53 per nuovi approcci terapeutici sarebbe importante conoscere come modulare questi nuovi pathway piuttosto che tentare di regolare direttamente la funzione di p53.

Vedi anche Super-PTEN mice. Nature Genetics 2012;44:481. Commento di un articolo (di PP Pandolfi e coll. - Harvard: Systemic Elevation of PTEN Induces a Tumor-Suppressive Metabolic State. Cell 2012;149:49)(Spigolature Maggio 2012).

Dynamic Responses. Science 2012;336:1358. L’espressione dell’oncosoppressore p53 è attivato da stress, con una dinamica stress-dipendente che può essere intermittente o permanente. Nel lavoro che viene commentato (p53 Dynamics Control Cell Fate. Stesso fascicolo pg. 1440), l’attivazione pulsatile di p53 interessa geni di arresto del ciclo cellulare e della riparazione DNA consentendone la riparazione. Mentre l’attivazione permanente di p53 promuove geni della senescenza cellulare. Quindi la dinamica delle proteine condiziona il destino della cellula.

Data-driven unbiased curation of the TP53 tumor suppressor gene mutation database and validation by ultradeep sequencing of human tumors. PNAS 2012;109:551. Database delle mutazioni di p53 da analisi statistica di 34.453 mutazioni descritte e analisi dell’intero gene nei tumori umani usando NGS.

Vitamin K2 Is a Mitochondrial Electron Carrier That Rescues Pink1 Deficiency. Science 2012;366:1306. Come le conoscenze che derivano dallo studio di una malattia genetica possono favorire la comprensione dei meccanismi molecolari di una malattia neurodegenerativa comune come il Parkinson. Malattia comune oltre i 65 anni (1-2.5% della popolazione) ma che nel 4.5% dei casi è precoce e dovuta a mutazione di alcuni geni come il gene Parchina o da mutazione in omozigosi o in eterozigosi di un altro gene, Pink1 (pten-induced putative kinase 1; pink1)(OMIM *608309), che è una chinasi serina/treonina localizzata nei mitocondri, che causa una forma anch’essa precoce (PARK6). Viene studiato il pathway molecolare in cui è coinvolto Pink1. Di interessante il fatto che nella Drosofila mutata la disfunzione mitocondriale viene recuperata dalla vitamina K2 (il gene UBAIAD1 localizzato nei mitocondri trasforma vit. K1 in vit. K2) favorendo la normale produzione di ATP. Potrebbe essere una terapia per pazienti con malattia Parkinson da difetto Pink1 o di Parchinsonina.

Restless Flies, Fragmented Sleep. Science 2012;336. La sindrome delle gambe senza riposo (RLS) è una malattia del sonno-veglia con una spiacevole sensazione di fastidio, soprattutto di notte, che porta a muoverle continuamente e a insonnia notturna e deprivazione cronica del sonno. In OMIM sono riportate sette diverse forme di Restless legs syndrome, susceptibility to, RLS 1-7 tutte con %. I geni di suscettibilità sono localizzati in 12q, 14q13-31, 9p24-22, 2q33, 20p13, 6p21, 2p14. In una forma, RLS6, è stato individuato un gene di suscettibilità, BTND9 in 6p21, la cui proteina è localizzata nel SNC e sembra che funzioni come adattatore della ubiquitina-proteina ligasi. Nella Drosofila è stato individuato un gene simile (Curr. Biol. 2012;22, 10.1016/j.cub.2012.04.027) e ne sono state analizzate le funzioni. La sua delezione comporta nell’insetto un continuo movimento con periodo totale di sonno normale ma molto frammentato. Esperimenti di knockout tissutale rivelano il ruolo nella patologia di neuroni dopaminergici. Il trattamento con antagonista dopaminico riduce i movimenti dell’insetto mutato. BTBD9 interessa i pathway di mobilizzazione del ferro interagendo con IRP-2 (RNA-binding protein che controlla il metabolismo cellulare del ferro).

Cancer and Telomeres-An ALTernative to Telomerase. Science 2012;336:1388. Perspective. Le cellule tumorali per crescere indefinitamente devono contrastare la perdita progressiva dei telomeri, e l’85-90% dei tumori usano la telomerasi che sintetizza ripetizioni esanucleotidiche in tandem 5’-TTAGGG-3’. La telomerasi non è espressa nella maggior parte delle cellule normali per cui è considerata un buon target oncologico e per questo sono in corso varie sperimentazioni cliniche anche se il 10-15% delle cellule tumori mancano di telomerasi e molte usano un sistema alternativo per allungare i telomeri (Alternative Lengthening of Telomeres (ALT). Viene presentato un aggiornamento sulla ricerca di ALT, sulle nuove conoscenze del relativo pathway e viene proposto come un ulteriore target per la terapia oncologica, non alternativo ma combinato, con la terapia con inibitori della telomerasi per la nota eterogeneità genetica tumorale e per il possibile instaurarsi di meccanismi di resistenza a quest’ultima terapia.

A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science 2012;366:1511. Alcune malattie neurodegenerative (Creutzfeldt-Jakob disease, Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease, and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) hanno alcuni elementi in comune: sono sporadiche in oltre l’80% dei casi e hanno un tempo di latenza di decenni, il che significa che qualche evento collegato con l’età che rende patogena la proteina specifica. L’ipotesi fatta dall’A. (vedi anche un articolo riportato tra gli articoli di interesse del Maggio 2012: The Spread of Neurodegenerative Disease. NEJM 2012;366:2126), è che un processo casuale di rinaturazione della specifica proteina in uno stato di malripiegamento proteico noto come prione, che se assume una forma aberrante è in grado di replicarsi e di forzare le altre proteine dello stesso tipo a assumere anch’esse una struttura anomala generando così la malattia. La natura “infettiva” degli aggregati proteici uomo-animale sostiene questa ipotesi. Queste conoscenze favoriranno la diagnosi presintomatica (PET per identificare le proteine prioniche) e la terapia multifarmaci per ridurre l’accumulo proteico, interferire con la trasformazione prionica e favorire l’eliminazione dei prioni.

Loss of functional GABAA receptors in the Alzheimer diseased brain. PNAS 2012;109:10071. Nella m. Alzheimer (AD) i sistemi di neurotrasmettitori colinergico e glutaminergico sono profondamente alterati, mentre è sempre stata considerata normale la trasmissione GABAergica, che è il più importante neurotrasmettitore inibitorio nel cervello con azione principalmente mediata dai recettori postsinaptici GABAA (GABAAR). Ma studi nei modelli animali e nell’encefalo prelevato a persone decedute con AD mettono in evidenza modificazione GABAergiche significative e età dipendenti. Nel lavoro continuano lo studio confermando che nell’encefalo di persone con AD il sistema di segnale GABAergico è profondamente alterato con modificazioni funzionali dei recettori postsinaptici GABAAR.

Gaucher disease gene GBA functions in immune regulation. PNAS 2012;109:10018. La m. Gaucher (OMIM #230800) è una malattia AR da mutazione del gene GBA (beta-glucosidasi acida) che codifica per un enzima, glucocerebrosidasi beta, con accumulo di glucosilceramide nelle cellule. Sono descritte 3 forme cliniche: tipo 1 con coinvolgimento dei visceri, scheletro e polmoni ma non neurologico, tipo 2 con anche coinvolgimento neurologico, tipo 3 con coinvolgimento neurologico subacuto. Nel lavoro viene dimostrata una complessa compromissione dell’immunità cellulare nel topo con delezione limitata alle cellule staminali ematopoietiche del gene GBA, soprattutto il timo. Questi risultati sottolineano un ruolo importante di GBA nella regolazione immunitaria e che la carenza dell’enzima determina una diffusa disregolazione del sistema immunitario tramite l’accumulo di substrati. Informazioni utili per la clinica e la terapia.

Arylsulfatase G inactivation causes loss of heparan sulfate 3-O-sulfatase activity and mucopolysaccharidosis in mice. PNAS 2012;109:10310. Deficit delle solfatasi lisosomiali causano un accumulo del relativo substrato che comporta un’alterata funzione lisosomiale e una successiva cascata di eventi extralisosomiali. Nella degradazione dei glicosaminoglicani (GAG o mucopolisaccaridi) intervengono diversi enzimi che quando carenti determinano un gruppo di malattie note come Mucopolisaccaridosi, dovute sinora a 11 diversi difetti genetici. Il catabolismo di un prodotto di degradazione, l’eparansolfato, è particolarmente complesso e non completamente noto e il suo accumulo causa una grave patologia neurologica. Nel lavoro, partendo dalla recente osservazione nel cane che una solfatasi lisosomiale, Arilsolfatasi G (ARSG) è associata a una forma adulta di ceroido-lipofuscinosi, si è verificato cosa succede nel topo knockout per il relativo gene. I topi hanno una normale crescita e aspetto e sono fertili, deficit cognitivo età dipendente e disturbi comportamentali. Vi è accumulo di eparansolfato nel SNC, fegato e reni. Particolarmnete interessato il SNC con accumuli lisosomiali (vacuoli), nei neuroni, nelle cellule della microglia, nelle cellule di Purkinje del cervelletto e nei macrofagli perivascolari e meningei; dopo i 10 mesi di vita è documentata perdita di c. Purkinje, morte neuronale e microgliosi e astrocitosi della corteccia cerebellare. Gli AA propongono che la carenza di questo enzima sia la causa di una specifica Mucopolisaccaridosi che propongo venga chiamata MPS IIIE (o malattia Sanfilippo E).

Hereditary Systemic Amyloidosis. Due to Asp76Asn Variant β2-Microglobulin. NEJM 2012;366;2276. Descritta una famiglia con amiloidosi ereditaria AD con diarrea cronica progressiva dall’età di 30-40 anni, perdita di peso, sintomatologia autonomica e sindrome sicca (scarsa secrezione delle mucose congiuntivale, buccale e vaginale) e da depositi amiloidi diffusi con accumulo di una β2-microglobulina, ma con normali livelli ematici (a differenza della amiloidosi da dialisi), da mutazione missenso del gene della β2-microglobulina. Questa variante, come altre varianti amiloidogeniche, pur mantenenendo la struttura della proteina wild type, ha una dinamica funzionale tale da essere in grado di promuovere la fibrillogenesi.

 
Thrombosis from a Prothrombin Mutation Conveying Antithrombin Resistance. NEJM 2012;366:2390. La trombofilia ereditaria è dovuta a mutazioni di vari geni, ma in molti casi la ricerca della base genetica rimane senza successo. In una famiglia giapponese con più affetti da trombosi venosa profonda è stata trovata una mutazione missenso del gene Protrombina, non descritta, che segrega con la trombofilia. La proteina mutante ha una attività moderatamente più bassa rispetto alla proteina selvatica ma la formazione del complesso trombina-antitrombina è alterata. La mutazione determina un’acquisizione di funzione del gene protrombinico che è causa di resistenza alla antitrombina e quindi suscettibilità alla trombosi.

Genomics: The breast cancer landscape. Nature 2012;486;328. Whole-genome sequencing of breast cancers is exposing the scope of tumour diversity and helping to pinpoint avenues for precise diagnostics and targeted therapy. See Articles p.346 & p.353, Letters p.395, p.400 & p.405.

The genomic and transcriptomic architecture of 2,000 breast tumours reveals novel subgroups.  Integrative analysis of copy number and gene expression in 2,000 primary breast tumours with long-term clinical follow-up revealed putative cis-acting driver genes, novel subgroups and trans-acting aberration hotspots that modulate subgroup-specific gene networks.
Whole-genome analysis informs breast cancer response to aromatase inhibition OPEN. Whole-genome analysis of oestrogen-receptor-positive tumours in patients treated with aromatase inhibitors show that distinct phenotypes are associated with specific patterns of somatic mutations; however, most recurrent mutations are relatively infrequent so prospective clinical trials will require comprehensive sequencing and large study populations.
The clonal and mutational evolution spectrum of primary triple-negative breast cancers. Primary triple-negative breast cancers are shown to vary widely and continuously in the degree of clonal evolution and mutational content at the time of diagnosis, with implications for future studies of the disease.
The landscape of cancer genes and mutational processes in breast cancer. A study of breast cancers shows that the number of somatic mutations in each varies markedly and is strongly correlated with age at diagnosis and cancer histological grade.
Sequence analysis of mutations and translocations across breast cancer subtypes OPEN. This paper reports one of the largest breast cancer whole-exome and whole-genome sequencing efforts so far, identifying previously unknown recurrent mutations in CBFB, deletions of RUNX1 and recurrent MAGI1–AKT3 fusion; the fusion suggests that the use of ATP-competitive AKT inhibitors should be evaluated in clinical trials.

Melanoma pathway targeted. Nature 2012;486:160. A drug that targets the RAS signalling cascade — which is thought to drive tumour growth in 20% of cancers — improves survival in some patients with advanced melanoma.

Fisiologia

De-Meaning of Metabolism. Science 2012;336:1651. Implications of metabolic mechanisms in disease inspires reflection on the definition of metabolism. Che può essere così definito: the chemical processes that occur within a living organism in order to maintain life (Oxford Dictionary of English 2010) e che si sovrappone con la definizione della Biochimica solo che quest’ultima è statica mentre il metabolismo è dinamico. E’ importante per la medicina conoscere e definire il ruolo del metabolismo nelle malattie comuni, come nell’oncogenesi molecolare o nelle malattie con una differente sregolazione metabolica nelle cellule specializzate come gli adipociti, gli epatociti o i miociti.

Spigolature di Genetica Clinica/Umana Giu 2012, R. Tenconi

Raccolta e brevi commenti di articoli di Genetica Medica e Umana e di interesse generale del mese di Giugno 2012 che hanno attirato la mia attenzione o curiosità, pubblicati nelle seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology, Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neurosciences, NEJM, PNAS, Science, Cell.

***

Mining electronic health records: towards better research applications and clinical care. Nature Reviews Genetics 2012;13:395. Questo argomento di genetica traslazionale parte da una considerazione pratica: le descrizioni fenotipiche cliniche e i trattamenti delle malattie sono una miniera di informazioni spesso sottousata nella pratica clinica e nella ricerca. Le cartelle cliniche elettroniche (EHR) danno la possibilità di includere tutti i dati, sia clinici che di laboratorio inclusi i dati genetici, e stratificare i pz secondo nuovi criteri, rivelare correlazioni cliniche sinora non individuate e correlare uno specifico dato (genetico ad es.) con un segno o corredo di segni clinici (fenotipo). Al letto del malato questa trasformazione (dalla versione cartacea all’elettronica integrata) consentirà di favorire una decisione clinica informata migliorando l’assistenza e la sicurezza del pz. Non ultimo diventa molto più semplice il reclutamento dei pz omogenei per sperimentazioni cliniche mirate a sottogruppi di patologie. Gli ostacoli alla sua diffusione sono di tipo tecnico (come mettere insieme dati eterogenei e parcellizzati), etici e legali che limitano l’accesso a questi dati. Nella review viene presentato il tipico contenuto di un sistema EHR (in tabella più di 20 siti per gli standard di interoperabilità e di CI europei e USA), il contributo della EHR integrata nella decisione clinica e le opportunità che offre, studiando coorti di casi ben classificati, di comprensione del rapporto genotipo/fenotipo, le sfide strutturali e di politica sanitaria adottando il sistema EHR e i futuri sviluppi e le prospettive di tale sistema.

***
L’apprendimento tramite il premio e la punizione (sottotitolo: gli schiaffoni servono?).
Si può descrivere il significato dell’esperienza e dell’apprendimento meglio di così? “When a new cafe opens, how do we decide to stop for a cup of coffee? Absent any pre-existing knowledge, we have to taste a coffee or two and use that information to guide our morning routine. One hallmark of adaptive behavior is the ability to learn from the outcomes of actions, whether those results are positive or negative”.
Il premio o la punizione sono processi fondamentali che modulano l’apprendimento. Il premio mantiene o aumenta la probabilità di specifici comportamenti, mentre la punizione la riduce. La disfunzione di questi processi porta a malattie comportamentali e psichiatriche: es. la dipendenza è caratterizzata da aumentata gratificazione da parte di stimoli legati alla droga e da alterata percezione di punizione per le conseguenze negative. Al contrario la depressione è caratterizzata da ridotta gratificazione da stimoli positivi e da aumentata percezione punitiva per stimoli negativi. L’articolo (pg. 816) e il commento (pg. 807) sottolineano che l’apprendimento dei due processi segue due vie diverse nei gangli basali dell’encefalo, che è un sistema subcorticale essenziale per il controllo motorio.
Leggetevi almeno il sunto del commento e del lavoro.
Reward and punishment illuminated. News and views. Nature Neuroscience 2012;15:807. “How do outcomes affect future behavior? A study using precise optogenetic stimulation finds that learning from positive reinforcement is mediated by striatal pathways distinct from those that mediate learning from punishment”.
Distinct roles for direct and indirect pathway striatal neurons in reinforcement. Nature Neuroscience 2012;15:816. Abstr. parziale: “Stimulating D1 receptor–expressing neurons induced persistent reinforcement, whereas stimulating D2 receptor–expressing neurons induced transient punishment in mice, indicating that activation of these circuits is sufficient to modify the probability of performing future actions”.

Ancestry testing goes for pinpoint accuracy. Companies use whole genomes to trace geographical origins. Nature 2012;486:17. Where am I from? È la domanda che alcuni si pongono e la richiesta di sapere spinge le compagnie private a provvedere. Sino a poco tempo fa si rispondeva analizzando sequenze mtDNA o sequenze del cromosoma Y dove si erano prodotte variazioni popolazioni-specifiche, anche se questi “uniparental marker” che dovrebbero risalire indietro di generazioni raramente sono uniche di una popolazione; come commenta con umorismo un genetista inglese “if men have a Y chromosome that is more common in Scandinavia than England, they’re convinced they’re a Viking”. Ma risultati più sofisticati e promettenti sembrano derivare dall’analisi di centinaia di migliaia di SNP dell’intero genoma. La compagnia californiana 23andMe propone il test AncestryDNA, a prezzi scontati: $299 invece di $399 (tra poco faranno la promozione 3x2, ndr). Usando il chromosome painting, come annunciato nel programma televisivo Finding Your Roots, si è saputo che Condoleezza Rice, ex segretario della difesa USA, ha quasi la metà dei suoi geni di origine europea (risultato prevedibile). Per curiosità entrate nel sito https://www.23andme.com/gen101/genes/

Ma ci sono alcune limitazioni a rintracciare le nostre radici: solo poche popolazioni sono state studiate, non tutte, e quindi  “You can’t tell someone they can trace ancestry to a certain region if that region has never been studied”. Inoltre i calcoli si basano su assunzioni relative a popolazioni del passato.

Genetics of blond hair. Nature Genetics 2012;44:618. Commento di un curioso articolo (Melanesian blond hair is caused by an amino acid change in TYRP1. Science 2012;336:554) sui capelli biondi. Perché gli abitanti delle isole Salomone nel Pacifico hanno la pelle più scura di tutte le popolazioni non africane e una frequenza di capelli biondi (5-10%) che è la più alta dopo le popolazioni di origine europea? Ci sono geni europei in quella popolazione? GWAS: il colore biondo è strettamente correlato con uno SNP: 0.93 rispetto allo 0.31 degli isolani con capelli scuri. Un solo locus associato al colore sul 9p23, con gene candidato TYRP1, che codifica per un enzima melanosomico della pigmentazione dei mammiferi, l’allele nullo di questo gene causa nell’uomo una forma di albinismo. Trovata una variante missenso significativamente associata al colore biondo in un ampio campione di popolazione delle isole Salomone, in cui ha una frequenza di 0.26 mentre è assente fuori dall’Oceania. Ancestry testing: 1) la popolazione delle isole Salomone è differente dalle popolazioni vicine, 2) la provenienza dei biondi e degli scuri è uguale e questo suggerisce che l’alta prevalenza del colore biondo non dipende da geni europei recentemente introdotti.

Genomics, Intellectual Disability, and Autism. NEJM 2012;366:223. Lettera di commento di una Review (Genomics, intellectual disability, and autism. NEJM 2012;366:733, citato tra gli Articoli di interesse del Febbraio 2012) su patologie frequenti (DI 1.5-2% e Autismo 0.7-1% della popolazione) spesso senza causa identificata, che sottolinea le potenzialità diagnostiche delle nuove tecniche genetiche per queste patologie (array-CGH, SNP genotyping arrays e NGS). La lettera così argomenta: “Thousands of patients are typically screened to identify genomic risk loci, and many findings fail replication. In contrast, studies have consistently shown an association among autism, oxidative stress, and a deficit in the plasma level of the antioxidant glutathione. Importantly, the metabolic effects of toxic exposures can be treated. Perpetuating the myth of autism as a primarily genetic disorder is a disservice to those who might benefit from treatment and diverts attention from nongenetic causes”. Insomma da un estremo (autism e malattie comportamentali colpa della mamma o della cattiva società) all’altro (tutto è genetico). La risposta, appropriata, è che l’autore della lettera ha ragione nel sostenere che “few mutations have been associated with autism, it is likely that more subtle interactions between gene and environment play a major role in this disorder. We suspect that he would agree, given his reference to the association”.

Shire drops 'emergency' Fabry's disease drug. Nature Biotechnology 2012;30:478. La compagnia Shire Human Genetic Therapeutics ha ritirato la sua domanda alla FDA americana per fare approvare il suo farmaco Replagal (agalsidase alfa), già approvato in Europa, per la terapia della malattia Fabry facendo presente che è stata obbligata a fare questo passo per questioni commerciali in quanto la compagnia Genzyme (Massachusetts, ora parte della compagnia Sanofi di Parigi) ha ripreso a vendere l’unico farmaco per questa malattia approvata dalla FDA, il Fabrazyme (agalsidase β; recombinant human α-galactosidase A). Vedi questione sollevata precedentemente (Nature Genetics 2011;17:921.To march in or not to march in) nelle Spigolature di metà Giugno-Settembre 2011. Il Fabry Support & Information Group in Concordia (Missouri) dichiara che “For the majority of Fabry patients, both products work equally well as long as patients receive full doses” anche se “a handful of US patients develop antibodies on Fabrazyme but tolerated Replagal. For them, the situation is more crucial and, so far, there is no means for them to continue getting this product”. Chiedono giustamente anche per i pz USA la possibilità di scelta tra i due farmaci e alla Shire di rivedere la sua decisione.

Should preclinical studies be registered? Nature Biotechnology 2012;30:488. Lettera che riprende un argomento presentato in un editoriale (vedi una precedente Spigolatura) sull’opportunità di registrazione prospettica in database pubblici delle sperimentazioni cliniche e dei risultati, anche se negativi e non a discrezione dei ricercatori.

Ora non è più così per le sperimentazioni cliniche. Ma è ora suggerito che la pubblicazione prospettica riguardi anche gli studi preclinici preparatori della sperimentazione clinica. L’alta mortalità dei progetti di trasferimento della ricerca di base in terapie mediche solleva problemi etici e di validità di programmazione. Se non si pubblicano i risultati si ingannano sia i pz che chi deve dare fondi per la ricerca basata sull’evidenza perché si favorisce la non pubblicazione dei risultati negativi. Inoltre è sempre più condivisa l’opinione di attribuire uno stato morale per gli animali da esperimento, per i quali quindi devono valere le stesse considerazioni di trasparenza dell’esito delle ricerche. Gli insuccessi di trasferimento preclinico a clinico (90-95% a secondo delle patologie) servono anche per rassicurare sia i pz che la società che se un farmaco entra nella fase 1 (verifica di tossicità) ha subito un iter ben controllato e che non si stanno sprecando inutilmente risorse.

Vedi anche Clinical trial website struggles to serve as research data hub. Nature Medicine 2012;18:837 che solleva il problema del sito ClinicalTrials.gov creato dal governo USA per offrire opportunità di trattamento sperimentale per medici e pazienti che non pubblica i risultati delle ricerche e che viene battuto da siti più dinamici tenuti da gruppi retti da pazienti. Ora il governo sta preparando regole per favorire la pubblicazione nel sito dei trial clinici.

Discontent with consent. Nature Biotechnology Editorial 2012;30:469. A new type of patient consent promises to galvanize how personal genomic and medical data are shared in open research environments. Dato di fatto mostrato dal successo di Facebook (890 milioni di utenti): “nearly one in seven of the world’s population is comfortable sharing personal data over the internet”. Ma quando si tratta di condividere dati medici o genetici le cose cambiano: vedi il recente insuccesso di Google Health product per il trattamento di informazioni mediche personali a scopo di ricerca. In USA è stato preparato il Portable Legal Consent (PLC) (http://weconsent.us) che ha lo scopo di semplificare il consenso informato (CI) e assicurare il ritorno delle informazioni alle persone accelerando così la raccolta di informazioni per la ricerca biomedica. Vedi precedenti Spigolature (3/2012, 2/2012: Informed consent on trial. Nature, News 2012;482:16. Informed consent: cultural differences. Informed consent: meet patients’ needs. Nature 2012;483:36. Nature, News 2012;482:16). Ma come sappiamo ci sono molti problemi: pz che nulla sanno di come è andata la ricerca, nessuna pubblicazione dei risultati, molte donazioni di materiale biologico possono essere usate in un solo progetto e analisi successive, se fatte, sono contro legge. E questo è ancor più importante oggi quando si sa che >95% delle varianti genomiche con probabile importanza medica o biologica sono rare o rarissime (Science 2012;336:740; Not-so-rare gene variants. Nature 485:418)(Spigolature 5/2012). Con il PLC le persone possono compilare on line il CI con obbligo di vedere un video di 6.5 minuti prima di potere caricare i dati, e con la possibilità di annullare il CI in ogni momento, ma non retrospettivamente. I ricercatori possono accedere ai dati resi anonimi ma nello stesso tempo si impegnano a fornire alle persone i risultati una volta ottenuti. Ma se non cambiano le leggi sulla privacy anche il PLC rischia di essere applicabile a pochi. Ma è sempre più chiaro che associazioni di pz con malattie rare o rarissime o ‘mystery conditions’ sono interessate a partecipare a progetti di ricerca aperti. L’editoriale conclude: “If researchers can build a system like Facebook that accommodates both personal data and personal choices about that data, then perhaps the patients will come”.

A broken contract. Nature 2012;486:312. “As researchers find more uses for data, informed consent has become a source of confusion. something has to change”. La compagnia 23anMe ha annunciato il brevetto per un test genetico di predisposizione al Parkinson basato su uno studio di migliaia di persone con tale malattia. Ma la risposta di alcuni è stata giustamente: “when we agreed to the terms of service and then when some of us consented to participate in research, were we consenting to that research being used to patent genes? What’s the language that covers that use of our data? I can’t find it”. Anche se nel consenso c’è scritto: “If 23andMe develops intellectual property and/or commercializes products or services, directly or indirectly, based on the results of this study, you will not receive any compensation”.

Nell’articolo vengono riportati alcuni esempi in cui si sottolinea che quello che c’è scritto tra le righe è importante (vedete gli esempi). Vengono discussi nell’articolo vari aspetti anche quelli relativi all’applicazione delle nuove potenti tecniche genetiche e a risultati inattesi. L’argomento è molto attuale e discusso in varie pubblicazioni recenti (vedi sopra e Spigolature Febbraio e Marzo 2012) “... everyone participating in the studies must agree to learn all medically relevant information arising from the analysis of their genomes. As a consequence, Brunner recently had to tell the family of a child with a developmental disability that the child also has a genetic predisposition to colon cancer. Not all researchers endorse the idea of informing children about diseases that might affect them as adults. In this case, doctors recommended early screening, and Brunner says, “the family handled it very well; they said, ‘This is not what we anticipated, but it’s useful information’. Come veniva scritto in altri commenti sull’argomento i vantaggi devono esserci per tutti, non solo per la compagnia che poi se ne fa un brevetto. L’applicazione di nuovi consensi beneficeranno i pz, che avranno chiaro l’intero progetto e potranno controllare i loro dati (e i risultati della ricerca in corso), ma anche i ricercatori che potranno ampliare la numerosità e la qualità del loro campione.

The fate and future of patents on human genes and genetic diagnostic methods. Nature Reviews Genetics 2012;13:441. Ancora una Perspective su un argomento dibattuto (vedi Spigolature precedenti) in cui si sottolinea sempre che è opportuno che i benefici delle ricerche devono riguardare tutti ma tra questi tutti ci devono essere in primo luogo i pazienti. Abstr: Since the 1970s, patents on human genes and genetic diagnostic methods have been granted under the assumption that they stimulate the development of diagnostic methods and therapeutic products. However, the principles and practices of patenting vary between jurisdictions. Do patent holders, researchers, clinicians and patients really benefit from this heterogeneous patent system? We discuss the problems that result from the current system and suggest how they might be solved by altering the way in which patents are granted and/or licensed.

The Ultimate Genetic Test. PolicyForum Science 2012;336:1110. Sintesi stringata: “Individual whole-genome sequencing has the potential to greatly improve disease prevention, diagnosis, and treatment”. Ogni genoma umano contiene 200.000 elementi codificanti, milioni di elementi regolatori che definiscono i complessi network di segnali e di regolazione,  4 milioni di variazioni di sequenza, molte senza effetto dannoso, ma alcune sono causa di malattia e di predisposizione a malattie o sono responsabili delle risposte a terapie. In genere l’impatto clinico di queste varianti è inversamente proporzionale alla sua frequenza, ad es. malattie genetiche neonatali sono di solito varianti private de novo. Sinora l’identificazione di queste varianti era possibile per un loro limitato numero e su indicazione clinica. Il sequenziamento dell’intero genoma (WGS) consente ora di studiare le basi molecolari di migliaia di malattie, ma è imitata a pochi grandi centri universitari (una dozzina in USA) per malattie “idiopatiche” e in genere nell’ambito di progetti di ricerca clinici perché solo pochi lab. sono certificati per WGS. Il costo dell’analisi  sta riducendosi sempre più (si prevede che arriverà a 1.000 dollari USA), ma vi sono ancora alcuni aspetti critici costituiti dalla scarsa conoscenza della variabilità genetica della popolazione per il ridotto numero di genomi analizzati sinora, l’interpretazione funzionale di alcuni varianti (primum non nocere) e la spiegazione che se ne da’ (consenso informato), la protezione dell’autonomia, soprattutto in caso di minore, e della privacy del paziente, il chi paga e l’opportunità che venga offerto anche a chi non può pagarselo (quesiti che i clinici ben sanno e che condizionano pesantemente la sua applicazione nella pratica, ndr.).

Whole-Genome Sequencing: The New Standard of Care? PolicyForum Science2012; 336:1112. Sintesi stringata: Whole-genome sequencing may dramatically alter medicine, but there are obstacles to broad implementation. That revolution has largely not yet cometo be, and the popular press has begun to promote a view that genetics has failed to live up to its promises (che tradurrei a braccio così: come per tutte le rivoluzioni dopo il primo entusiasmo ci sia accorge che non si possano completamente realizzare, ndr.). Cominciamo con gli studi di associazione per le malattie comuni: l’odds ratio (numero di casi in cui il fenomeno si è verificato/numero di casi in cui il fenomeno non si è verificato) è troppo basso per essere usato nella pratica clinica e è ignoto come il rischio di più varianti si combini in funzione additiva, moltiplicativa o compensatoria. Malignamente viene sottolineato che per alcuni che danno validità a questi test di associazione vi sia un interesse commerciale o accademico. Altro aspetto: la scarsità di coloro che sono in grado più di altri di interpretare i dati che escono da WGS (ogni genoma contiene ~150.000 nuove varianti del singolo nucleotidi non presenti nel database pubblico dbSNP, incluse 250-300 varianti che alterano i geni, 50-100 varianti di geni noti di malattia e ~20 geni completamente resi inattivi) e di coloro che li traducono in termini comprensibili ai consultandi. E poi incidentalomi (dati inattesi e non correlati con il motivo per cui è stata eseguita l’analisi), per alcuni di questi è possibile una prevenzione di malattia (es. BRCA), per altri no (es. c. Huntington). Incorporazione delle informazioni nella medicina clinica che è bayesiana (il rischio dato dal test va legato con la probabilità a priori di quella malattia). Ma ammesso che si disponga di una risposta certa di previsione di malattia, mancano dati sul fatto che gli interventi medici, se ci sono, possano migliorare lo stato di salute della persona. Minding the gap: urgono linee guida. Vedi http://www.phgfoundation.org/reports/10364/ o https://www.eshg.org/pppc.0.html

Reciprocal uniparental disomy in yeast. PNAS 2012;109:9947. Ricerche nel lievito dimostrano che si possono formare cellule con UPD senza il passaggio intermedio della aneuploidia. Interessante perché il doppio evento disgiunzionale e l’aneuploidia che comporta uno svantaggio di crescita sono due meccanismi più complessi di un singolo evento rappresentato dalla Reciproca disomia uniparentale. Questo meccanismo potrebbe essere operante anche nei tumori umani in cui la UPD è frequente.

Genomics: Think Global, Act Local. Cell 2012;149:1413. Bel titolo mediato dagli ecologisti. Commento di 4 lavori che, come dice la presentazione, rappresentano gli enormi spazi di azione (metagenomica, proteomica, possibilità di analisi anche dei piccoli dettagli del genoma) che le nuove tecniche genetiche i cui costi sono in rapida discesa offrono ai ricercatori. Vengono presentati 4 esempi: ruolo delle inserzione e delezioni genomiche nell’evoluzione (Li, J., et al. PLoS Genet. 2012;8 e1002692), identificazione dei geni di enzimi “orfani” tramite le Genomic neighbors di pathway neighbors (Yamada T., et al. Mol. Syst. Biol. 2012;8:581), mappatura fine della struttura cromatinica (Dixon J., et al. Nature 2012;485:376), visione globale delle interazioni tra proteine e RNA (Campbell Z., et al. Cell Rep. 2012;1:570). Tutte queste richiedono appunto una combinazione del pensiero globale con un’azione locale.

Young Researchers Deserve More Support, Reviews Say. PNAS 2012;109:1489. Due comitati USA, uno di NIH incaricato di dare raccomandazioni per preparare e mantenere i ricercatori biomedici della prossima generazione e uno del National Academies per mantenere l’eccellenza nella ricerca USA (pg 1491 dello stesso fascicolo). Le conclusioni sono che deve migliorare il training degli studenti e che l’università deve preparare nuovi ricercatori che la nazione richiede. Ma il problema è che il sistema USA produce candidati per attività di accademia che non esistono (questa l’ho già sentita, anche da noi. Ndr). Inoltre i laureati con borse di studio del governo federale gestite dai loro mentori sono strettamente dipendenti da loro. Meglio sarebbe una sana competizione e un sistema istituzionale di training per dare loro più indipendenza e flessibilità per diventare ricercatori produttivi e perché possano scegliersi una carriera al di fuori dell’accademia. Una sintesi delle raccomandazioni: finanziamenti NIH non oltre i 6 anni, il training deve includere aspetti manageriali e di imprenditorialità, piuttosto di aumentare il numero di borse meglio aumentare gli stipendi (da $39.264 a $42.000), le istituzioni di NIH devono aiutare gli studenti a tracciare insieme a loro la carriera e accelerare la loro progressione a carriere indipendenti, incoraggiare le università a finanziare gruppi di ricerca, armonizzare la giungla dei programmi di training di NIH. Molti commenti e pareri. (Pur con molte differenze tra Italia e USA alcuni suggerimenti sarebbero da considerare validi anche per noi, ndr).

Insuring Greater Health. Science 2012;336:1362. Commento di un articolo (Q. J. Econ. 2012;127: 10.1093/ qje/qjs020) su un esperimento in Oregon di copertura assicurativa sanitaria (Medicaid) con assicurati con reddito annuale di $10,000 o meno estratti a sorte. Negli assicurati vi è stato un uso sanitario (ricoveri spedalieri, farmaci, visite ambulatoriali) maggiore del 15-30% e ricorso a test preventivi (colesterolemia, mammografie) maggiore del 15-60% rispetto a coloro che non erano stati scelti e non erano assicurati. La frequenza di diabete, ipertensione, asma e depressione nei non assicurati è doppia rispetto a quelli con copertura assicurativa. E’ come avere raddoppiato nei fortunati il reddito annuale. (Impressive vero? Ndr).

No Crossing Over. Science 2012 336. Per assicurare la corretta segregazione cromosomica nella divisione meiotica riduzionale e per introdurre una diversità genetica dei gameti i cromosomi omologhi vanno incontro a rottura del doppio filamento (DSB) che tramite il crossing-over (CO) e la ricombinazione legano insieme gli omologhi. Ma solo in una piccola parte di DSB sono riparate con CO, ma per la maggior parte non avviene con pathway non CO (NCO). Due lavori sullo stesso fascicolo (The Fission Yeast FANCM Ortholog Directs Non-Crossover Recombination During Meiosis. pg. 1585; FANCM Limits Meiotic Crossovers. Pg. 1588) nel lievito e nella pianta Arabidopsis thaliana studiano i meccanismi del NCO. Il prodotto dell’ortologo del gene di una forma di anemia Fanconi (FANCM) dell’uomo (MIM *609464) è un’elicasi, altamente conservata, che è il principale fattore limitante della formazione del CO. Nel mutante fancm la frequenza di CO è 3 volte di piuù CO dell’allele selvatico, e le CO in eccesso sono dovute a attivazione di pathway minori. La manipolazione di fancm potrebbe essere utile nella coltura delle piante. (e nell’uomo? ndr).

Evidence that publication bias contaminated studies relating social class and unethical behavior. PNAS 2012;109:E1587. Lettera che rivede dal punto di vista statistico la pubblicazione (segnalata in Spigolature Marzo 2012) di Piff e al. “Higher social class predicts increased unethical behavior. PNAS 2012;109:4086” da cui risultata che chi appartiene alla classe sociale più alta tende a comportarsi in modo non etico (guida dell’automobile, effetti comportamentali correlati, desiderio smodato, comportamenti fraudolenti, avidità). L’autore della lettera sostiene che i risultati presentati non sono attendibili e le conclusioni non provate e che “If the effect of social class on unethical behavior turns out to be real, then the findings of Piff et al. almost surely overestimate its magnitude”.

Cumulative Birth Rates with Linked Assisted Reproductive Technology Cycles. NEJM 2012;366:2483. Efficacia della fecondazione assistita. Dal 2004 al 2009 su 246.740 donne con 471.208 cicli si sono avuti 140.859 nati vivi. Il tasso diminuisce con l’aumento dell’età materna e aumenta con il numero di cicli. Con il 3° ciclo il tasso conservativo e ottimale del 63% e del 75% per donne di età <31 anni diminuisce rispettivamente al 19% e al 28% per donne di 41-42 anni e al 7% e 11% per quelle di 43 anni o più.

Con la donazione di oocita I tassi sono uniformemente più alti (60% e 80%).

Ethics of mitochondrial donation. Lancet 2012;379:2314. Per le malattie le mitocondriali, per le quali non c’è cura né prevenzione, è teoricamente possibile sostituire i mitocondri materni con quelli di una donatrice mediante fertilizzazione in vitro (vedi precedenti Spigolature)(geneticamente un padre e due madri). La tecnica non è per ora consentita in UK, dove è consentita invece la donazione di oocita ma senza manipolazione e pone problemi etici ovvi come quello di avere due madri e un padre e la sicurezza (ancora da provare). Recentemente Nuffield Council on Bioethics ha concluso che questa tecnica è una procedura etica a patto che sia sicura e efficace. Queste conclusioni aprono la via a un pubblico dibattito che si terrà nel prossimo Settembre. Vedi anche go.nature.com/fpn5bo.

Open your minds and share your results. Nature 2012;486:441. An open approach is the best way to maximize the benefits of research for both scientists and the public. La capacità della scienza di correggere i propri errori su basa su “open data” rendendosi così disponibile alla analisi critica e alle contestazioni dei risultati ottenuti. Un recente studio delle pubblicazioni delle riviste di biomedicine a più alto impatto ha messo in evidenza che solo 22 richiedono i dati grezzi come condizione per la pubblicazione e che il 40% dei lavori hanno mostrato di aderire a questa richiesta, ma solo il 9% ha messo on-line i dati grezzi (A. A. Alsheikh-Ali et al. PLoS ONE 6, e24357; 2011). “True openness requires data to be not only acces­sible, but also intelligible, assessable (who produced the data, what are their qualifications, do they have conflicts of interest?) and reusable”. E comunque “above all, we need scientists to accept that publicly funded research is a public resource”.

Fetal tests spur legal battle. A newborn industry based on non-invasive genetic testing turns combative. Nature2012; 486:454. Battaglia legale di 4 compagnie americane sullo screening trisomia 21 da sangue materno (vedi Spigolature Maggio 2012). Lunga storia dal 14 Ottobre 2005 (Sequenom licenses a patent for non-invasive prenatal diagnosis) al 7 Maggio 2012 Ariosa (ex Aria) launches the Harmony prenatal test. Se una compagnia ha il monopolio fa il prezzo e seleziona chi può pagarlo.  Ma c’è un argomento forse ancora forte, come anche sopra precisato diffusione dei risultati delle ricerche: “The bigger policy issue is whether society should allow monopolies on medical practice, especially for medical technologies that ben­efited from public funding”.

Delayed paternal age of reproduction in humans is associated with longer telomeres across two generations of descendants. Nature 2012;109:10251. La lunghezza dei telomeri si riduce con l’età nelle cellule con alta proliferazione e questo contribuisce alla senescenza loro e dei tessuti. La lunghezza dei telomeri nelle cellule spermatiche, in cui c’è un’alta attività telomerasica, cresce invece con l’età e quindi figli di padri più anziani hanno telomeri più lunghi. Questo è stato provato in uno studio longitudinale in cui l’età paterna alla riproduzione ha un effetto sulla lunghezza dei telomeri nei figli e che si accumula per almeno due generazioni. L’entità dell’allungamento è paragonabile all’accorciamento telomerico negli anziani della stessa generazione. Avere quindi antenati della linea maschile che si sono riprodotti a età avanzata potrebbe avere un effetto favorevole sulla salute.

Dynamic epistasis for different alleles of the same gene. PNAS 2012;109:10420. Quando le conseguenze fenotipiche da mutazione di un gene dipendono da una o più mutazioni di un altro gene si parla di epistasi. Sappiamo più o meno come una mutazione di un gene possa interagire con una di un altro, ma poco sappiamo dell’effetto epistatico tra alleli diversi dello stesso gene. Il lavoro presenta i risultati e soprattutto suggerisce la strada da seguire per una miglior comprensione del fenomeno.

Distinct DNA methylomes of newborns and centenarians. PNAS 2012;109:10522. A whole-genome bisulfite sequencing (WGBS) of newborn and centenarian genomes study. I centenari hanno più sequenze DNA ipometilate rispetto ai neonati.

How do you feel? Nature Genetics 2012;44:618. Genetica della sensibilità al tatto. Commento di un lavoro ((PLoS Biol. 10, e1001318, 2012) che, studiando i gemelli, stima l’ereditabilità della sensibilità tattile (0.27) e vibratoria (0.52). Ambedue queste sensibilità sono correlate con la capacità uditiva (sono tutte caratteristiche meccano-sensitive). Nella s. Usher tipo 2 da mutazione USH2A, a trasmissione AR e con modesta ipoacusia le persone hanno sensibilità tattile e vibratoria ridotta simile a quelle di persone con ipoacusia in cui la mutazione non è stata trovata. Questo fa pensare che condividano gli stessi meccanismi genetici.

Genome test slammed for assessing ‘racial purity’. Nature 2012;486:167. Hungarian far-right politician certified as ‘free of Jewish and Roma’ genes.

CURIOSITA’

***
Raindrops Don’t Swat Down Mosquitoes. Science 2012;366:1217. Una grossa goccia che cade su una zanzara dovrebbe avere lo stesso impatto di un bus su un uomo, ma così non succede. Perché? In Atlanta hanno filmato le zanzare sotto spruzzi di una pioggia artificiale (PNAS 2012) e hanno visto che le zanzare beccheggiano e girano su sé stesse per deviare i colpi e sopravvivono volando senza cadere per più di 20 lunghezze corporee (http://scim.ag/rainmos, con video). L’ipotesi che i ricercatori fanno è che gli insetti, colpiti da gocce d’acqua di peso sino a 100 milligrammi contro i 2 milligramma dell’insetto, hanno un bassa massa corporea e che l’esoscheletro, flessibile, le protegge da lesioni degli organi interni.

 Facilitating “A-ha!” Moments. Science 336 1508. Ovvero come si diventa creativi (caratteristica per me troppo enfatizzata nella nostra società, ndr). C’è un libro che dice come (Imagine. How Creativity Works. Jonah Lehrer. Houghton Miffl in Harcourt, Boston, 2012. 299 pp. $26). Una guida fai-da-te basata sulle recenti ricerche di psicologia e di business. In un capitolo viene spiegato ad es. com’è stato inventato lo Scotch (mi ricordo di aver letto di come è stato inventato il “post-it”: chi doveva fare una nuova colla si è accorto che questa funzionava male, ma poi ha realizzato che poteva essere utile per foglietti da riposizionare, ndr), in un altro capitolo la ricerca psicologica ci dice che il brainstorming (sec. Wikipedia termine usato da A.F. Osborn nel 1953 nel suo libro Applied Imagination in cui sosteneva che la condivisone delle idee in gruppo è più efficace nel produrre idee rispetto allo sforzo del singolo) acritico riduce la produzione di idee. Vi sono diversi tipi di creatività: “a-ha” (emisfero cerebrale ds), prolungata (corticale frontale sn), l’innovativa (tipo Facebook). Il libro offre suggerimenti di come stimolarla la creatività, anche se è impossibile fare una checklist lista di cose da fare: individuare l’ambiente idoneo per ciascuno di noi per facilitarla, nei posti di lavoro fare incontrare, magari in bagno messo in comune, impiegati e dirigenti (mah!), insegnare ai bambini a scuola e a casa come essere creativi.

Jet Lag Disrupts Pregnancies in Mice; Science 2012;336:1083. Cosa succede quando provochi il jet lag (desincronosi) ai topi in gravidanza? Effetti disastrosi. Appena gravide sono state messe in un regime di luce artificiale alterando progressivamente il ritmo luce-buio tanto da simulare un viaggio da Chicago a Londra e alterando così il ritmo circadiano delle bestiole. Solo il 22% hanno partorito (vs 90% dei controlli) per mancato concepimento o riassorbimento dei prodotti del concepimento. Viene riportato dalla letteratura che lo stesso effetto si ha nelle donne che per lavoro viaggiano molto o nelle assistenti di volo. Ma quando i topi vengono sottoposti a uno sfasamento contrario luce-buio gli effetti sono minori. Quindi come consolazione: “if circadian changes lead to fertility problems in women, careful scheduling might limit the turbulence”.

Less lactation may explain cancer rise. Nature 2012;486:473. Lettera che sottolinea l’utilità dell’allattamento al seno protratto e per numerosi figli (Nature 485, S62–S63; 2012)(S. Ip et al. Evid. Rep. Technol. Assess. 153, 1–186; 2007) come possibile prevenzione dei tumori al seno. L’esposizione agli estrogeni, soppressi durante l’allattamento, è ora molto più elevata rispetto al passato (durata più breve, meno figli) aumentando la probabilità di alcuni tipi di tumori del seno. (Vecchia questione, me la ricordo quando facevo il pediatra e il Direttore della Clinica, Prof. E. Sartori, ne parlava con passione, ndr).