[autismo-biologia] array - CGH

[daniela marianicerati]

Per molti decenni
l’autismo è stato ritenuto di pertinenza di psicologi ed educatori. 
Finalmente, anche se
con ritardo, la classe medica si sta accorgendo che deve conoscere l’autismo:
per diagnosticarlo precocemente, per fare gli esami clinici e strumentali
utili, per curare le patologie associate e le malattie comuni delle persone
affette, sapendo interpretare il loro modo di esprimere il disagio e il dolore.
Speriamo che presto i medici abbiano a disposizione anche farmaci per i sintomi
nucleari dell’autismo. 
All’autismo hanno
dedicato recentemete reviews molto approfondite due riviste mediche importanti: il Canadian
Medical Association Journal (Anagnostou, E. et al. Autism spectrum disorder:
avances in evidence-based practice,   CMAJ. 2014 Jan 13)e, soprattutto, il Lancet (Lai, MC et al. Autism,  Lancet 2014; 383: 896–910)
In entrambi gli articoli gli autori raccomandano di eseguire come primi
esami in tutti i casi di disturbo dello spettro autistico la ricerca dell’X
fragile e il genome – wide microarray. Se è facile comprendere cosa sia la
ricerca di un gene mutato, forse non a tutti è noto quali siano le potenzialità
del microarray.
La cosa più semplice per spiegarlo credo che sia copiare un referto di
tale esame dove, oltre alla descrizione delle anomalie riscontrate, c’è una
interpretazione delle stesse. L’interpretazione deve essere fatta da
professionisti molto preparati in quanto molte CNVs riscontrabili con tale
esame non hanno nessun significato patologico, poche hanno un significato
eziologico e molte hanno un ruolo indefinito, un possibile ruolo come fattori
di suscettibilità, ma con un notevole margine di dubbio. Queste ultime forse
potrebbero essere utili in un prossimo futuro per una suddivisione in
sottogruppi biologici predittivi di risposta a nuovi farmaci, come auspicano Ghosh e colleghi nell’articolo “Drug discovery for autism spectrum disorder: challenges and
opportunities, Nature Reviews Drug
Discovery, 12, 777–790 (2013)
doi:10.1038/nrd4102” recensito in un precedente messaggio.  
Per dare un’idea concreta di ciò che  tale esame puo’ evidenziare riporto il referto
di un array – CGH fatto ad un giovane con disturbo dello spettro autistico e
ritardo mentale al campus biomedico di Roma. Confesso che più che il referto di
un esame, a me  sembra una lectio
magistralis
 
Il paziente presenta sette riarrangiamenti  insorti de
novo, ossia non presenti nel genoma del padre e della madre. La presenza di
sette riarrangiamenti de novo indica
una forte tendenza all’instabilità genomica. I riarrangiamenti insorti de novo  sono tutte duplicazioni localizzate in regioni a bassa (due
duplicazioni) o assente variabilità genomica (cinque duplicazioni), cioè in
regioni del genoma che non sono presenti sul database delle varianti comuni
nella popolazione generale DGV (Database of Genomic Variants http://proiects.tcag.ca/variation/).
Inoltre queste aberrazioni si trovano in regioni del genoma in cui non sono
presenti duplicazioni segmentali. Per questi motivi è possibile che la presenza
di queste aberrazioni possa avere contribuito alla patologia del paziente in
oggetto, sebbene si tratti di duplicazioni e non delezioni (studi di genetica e
modelli animali documentano varie problematiche in carenza di una o ambedue
copie alleliche,  mentre mancano evidenze
di problemi da sovradosaggio allelico) ed i geni contenuti nelle zone duplicate
non siano noti per essere connessi alla patologia autistica e/o al
neurosviluppo. Infatti questi geni non compaiono negli elenchi dei geni
implicati nell’autismo presenti in diversi siti web o nella letteratura
corrente (https://id.sfari.org/; http://autismkb.cbi.pku.edu.cn/;  Pinto et al Nature 466:368-72, 2010 suppl
table VII), nella lista dei geni soggetti ad imprinting parentale (http://www.geneimprint.com/) e nelle tre
liste di mutazioni esoniche de novo riscontrate
in pazienti autistici di più recente pubblicazione (Sanders et al., Naure  485:246-50, 2012). Tuttavia, alcuni di questi
geni sono implicati in processi biologici di base come la sintesi delle
proteine mitocondriali (RARS2), la regolazione dell’espressione genica (NEATI e
TEAD4), la divisione cellulare (SKA2) e le membrane basali degli epiteli
(COL4A1). Pertanto data l’eterogeneità e la complessità del disturbo autistico
non si può escludere che tali geni abbiano avuto un ruolo nell’insorgenza della
malattia. Qui di seguito vengono così descritte le duplicazioni insorte de novo e il ruolo funzionale di alcuni
geni in esse contenute:
1.      La duplicazione del cromosoma 6, regione q15 do 14,146 bp
interessa l’introne 1 del gene RARS2 che codifica per la proteina mitocondriale
arginina t-RNA sintetasi. Tale proteina regola la sintesi delle proteine
mitocondriali e pazienti portatori di mutazioni in questo gene presentano anomalie
nel processo della traduzione a livello mitocondriale. Il geneRARS2 è riportato
sul data base OMIM (www.ncbi.nlm.nih.gov/omim)
come gene malattia (OMIN ID: 611524): mutazioni in omozigosi e/o eterozigosi
composta, sia esoniche che introniche, sono state riscontrate in pazienti
affetti da ipoplasia pontocerebellare di tipo 6. Pazienti affetti da questo
disordine presentano un cervelletto ipoplastico, severo ritardo nello sviluppo,
ipotonia, epilessia e microcefalia (Edvardson et al., Am J Hum Genet 81:
857-862, 2007). Sebbene sia difficile prevedere che tipo di impatto possa avere
avuto sul paziente in oggetto una duplicazione intronica del gene RARS2, il
fenotipo neurologico e la regione cerebrale coinvolta nei pazienti portatori di
mutazioni in questo gene, suggeriscono che questa aberrazione potrebbe aver
avuto un ruolo nella malattia di
2.      La duplicazione del cromosoma 11, regione q13.1, interessa
il gene NEATI (OMIM ID: 612769). Questo gene specifica un RNA non codificante
che fa parte della struttura dei paraspeckles, strutture nucleari riboproteiche
implicate nella ritenzione all’interno del nucleo degli RNA messaggeri (Clemson
et al, Mol Cell, 33:717-726, 2009). Si tratta di strutture dinamiche che sono
trascrizione dipendenti e che sono quindi indirettamente coinvolte nel processo
della trascrizione.
3.      La duplicazione del cromosoma 12, regione p13.33, interessa
i primi 3 esoni del gene TEAD4 (OMIM ID: 601714), un fattore di trascrizione
espresso quasi esclusivamente nel muscolo scheletrico (Jacquemin et al., J Biol
Chem, 271:21775-21785, 1996).
4.      La duplicazione del cromosoma 13, regione q34, coinvolge
parzialmente i primi 40 esoni del gene COL4A1 (OMIM ID: 120130) che codifica
per la subunità alfa 1 del collagene di tipo IV. Quest’ultimo è una componente
essenziale per la stabilità della membrana basale degli epiteli. Mutazioni in
questo gene sono infatti associate a malattie gravi quali, ad esempio, la
poroencefalia di tipo 1 e la malattia dei piccoli vasi del cervello con
emorragia. Nei pazienti affetti dalla malattia dei piccoli vasi del cervello,
il sangue scorre con difficoltà nelle arterie cerebrali determinando morte
cellulare e diversi sintomi neurologici quali problemi di equilibrio, scarsa
difficoltà nel pensare e nei movimenti. Modelli animali hanno dimostrato che
mutazioni del gene COL4A1 in eterozigosi causano emorragia cerebrale perinatale
(Gould et al.,Science 308: 1167-1171, 2005).
5.      La duplicazione del cromosoma 17, regione q22, interessa i
quattro geni SKA2, MIR454, MIR301A e PRR11. Il gene SKA2 codifica per una
proteina che fa parte del complesso SKA1, un complesso proteico che legandosi
ai microtubuli regola la segregazione dei cromosomi durante la mitosi. MIR454 e
MIR301A codificano per dei piccoli RNAs, detti microRNA o miR, che svolgono un
ruolo essenziale nel controllo dell’espressione genica post-trascrizionale
regolando la stabilità e la traduzione degli RNA messaggeri. L’importanza di
alcuni microRNA nel processo di sviluppo e di maturazione del cervello è stata
dimostrata di recente (Li & Jin, Nat Rev Neuroscience 11: 449, 2010).
Inoltre, è nota la disregolazione di alcuni microRNA (ad esempio miR-21,
miR-132, miR-195) in pazienti affetti da schizofrenia o da disturbo autistico (Mellions
& Sur, Front Psychiatry. 3:39. 2012). I microRNA che sono stati trovati nei
pazienti autistici o schizofrenici regolano la post-trascrizione di alcuni geni
del neuro sviluppo quali PTEN e Mecp2. I MIR 454 e MIR 301A non sono
attualmente annoverati tra quelli associati all’autismo (Tabella 1 di Mellions
e Sur, 2012). Tuttavia, data la recente scoperta dei miR e i pochi studi
effettuati su pazienti autistici, non si può escludere che questi abbiano avuto
un ruolo nell’insorgenza del disturbo autistico in ….
6.      Le duplicazioni del cromosoma 3, regione p22.3, e del
cromosoma 5, regione q22.1, coinvolgono rispettivamente sequenze parziali, sia
introniche, sia esoniche, dei geni DZIPIL e TMEM232, la cui funzione non è
nota. E’ quindi difficile stabilire se questi due geni abbiano avuto un impatto
significativo sulla malattia di ……
 
Tra le aberrazioni ereditate per via patrilineare e/o
matrilineare localizzate in regioni genomiche caratterizzate da assente
variabilità genetica e dall’assenza di duplicazioni segmentali, si osservano la
duplicazione parziale del gene SYNJ2, cromosoma 6 regione q25.3, e la delezione
dei geni SDR42E1 e HSD17B2 localizzati sul cromosoma 16, regione q23.3.
Il gene SYNJ2 (OMIM ID: 609410) è l’unico gene del paziente
in oggetto che compare in una delle liste dei geni candidati per l’autismo
(Pinto et al. Nature 466:368-72, 2010 Suppl TableVII). Tuttavia, il CNV
elencato nella tabella VII di Pinto et al. è molto più grande (1704720 bp) di
quello riscontrato nel paziente in oggetto e include altri quattro geni.
Inoltre, tale riarrangiamento è una delezione (non una duplicazione come  in …) associata ad autismo, sordità,
epilessia, dimorfismi facciali e perdita di sostanza bianca. Il gene codifica
per la proteina sinaptojamin 2, appartenente alla famiglia della fosfatasi 5
inositolo polifosfato. Chuang et al. (Cancer Research, 64: 8271-8275, 2004)
hanno dimostrato che sinaptojamin 2 promuove la migrazione e l’invasione
cellulare in colture cellulari di glioma.
Infine, la perdita di una copia dei geni HSD17B2(OMIN ID:
109685) e SDR42E1 ereditata per via patrilineare potrebbe anch’essa avere
contribuito all’insorgenza della malattia in …. Sebbene l’associazione tra il
disturbo autistico e la mancanza di una copia di questi due geni non è
facilmente intuibile. Infatti la funzione del gene SDR42E1 non è nota mentre il
gene HSD17B2 codifica per l’idrossisteroide (17 beta) deidrogenasi 2, un enzima
che catalizza sia l’interconversione del testosterone ad androstenedione sia
l’interconversione dell’estradiolo ad estrone.
 
In conclusione, la presenza di sette riarrangiamenti de novo in regioni a bassa o assente
variabilità genetica nella popolazione evidenzia l’elevata instabilità genomica
che caratterizza il genoma di…… Questo fenomeno potrebbe avere contribuito alla
patogenesi del disturbo autistico e/o ad aumentare la vulnerabilità del
paziente stesso verso questa patologia. Tuttavia, la presenza di duplicazioni
più  che delezioni, ed il coinvolgimento
di geni che non sono direttamente associati alla malattia autistica in quanto
coinvolti in processi biologici di base, riducono la probabilità che siano
microdelezioni o duplicazioni il veicolo principale di questo contributo, che
potrebbe essere maggiormente dovuto a mutazioni puntiformi oppure ad alterazioni
genomiche molto piccole. Si segnala inoltre che fattori ambientali, non
quantificabili e identificabili mediante la presente analisi, potrebbero aver
contribuito in associazione a quelli genetici all’insorgenza del disturbo
autistico e del ritardo mentale in ….
Prof. Antonio M. Persico
Dott Carla Lintas
Policlinico Universitario Campus Biomedico, Roma
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