[autismo-biologia] INTERPRETAZIONE DEI PERCORSI BIOLOGICI COMUNI PERTURBATI

[daniela a autismo33.it]

“Un fondamentale obiettivo a cui si volge oggi la ricerca, al fine di
sviluppare
efficaci terapie per i sintomi specifici dell’autismo, è quello di
identificarne “l’architettura genetica”, vale a dire identificare
l’insieme dei geni (che, come detto sopra, sono centinaia) la cui
funzione, alterata in vario modo, contribuisce all’eziologia di questo
disturbo. Dato che ogni singolo gene è implicato in un numero molto
esiguo di casi, non è pensabile una terapia per ognuno di essi, ma si
stanno identificando delle vie metaboliche e dei network funzionali nei
quali gruppi di geni sono inseriti. Per ognuno di tali network si
potrebbero identificare dei target su cui i farmaci potrebbero agire per
poi passare alla sperimentazione”

Cosí si esprime Elena Maestrini in un articolo del novembre 2013 (Autismo
oggi, 25, 4 – 9)

L’articolo di O. Oron e  E. Elliott, Delineating the Common Biological
Pathways Perturbed by ASD's Genetic Etiology: Lessons from Network-Based
Studies, Int J Mol Sci. 2017 Apr 14;18(4). pii: E828. doi:
10.3390/ijms18040828, si inserisce in questa linea di ricerca, ovvero
identificare “l’architettuta genetica” dell’autismo, vale a dire
identificarne l’insieme dei geni (che sono centinaia) la cui funzione,
alterata in vario modo, contribuisce all’eziologia di questo disturbo”

L’ha letto, riassunto e commentato per noi Giorgio Lenaz, professore
emerito di chimica biologica dell’Universitá di Bologna, che ringrazio a
nome degli iscritti alla lista


INTERPRETAZIONE DEI PERCORSI BIOLOGICI COMUNI PERTURBATI DALLA EZIOLOGIA
GENETICA DEI DISORDINI DELLO SPETTRO AUTISTICO
O. Oron, E. Elliott
Molecular and Behavioral Neurosciences Lab, Bar-Ilan University,Safed ,
Israele
Int. J. Molecular vSciences 18, 828, 2017

Si tratta di una rassegna della letteratura scientifica allo scopo di
delineare possibili percorsi molecolari comuni ai prodotti dei  numerosi
geni che sono stati implicati nei disordini dello spettro autistico (ASD).
E’ infatti presumibile che tali geni così numerosi ed eterogenei debbano
avere in comune punti differenti delle medesime complesse vie e reti
molecolari implicate nello sviluppo del sistema nervoso. In altre parole è
logico che le proteine sintetizzate su informazione dei geni alterati in
ASD interagiscano funzionalmente fra di loro e facciano parte di una via,
o meglio una rete, di segnalazione cellulare implicata nello sviluppo del
sistema nervoso e in particolare di quelle strutture che sono alla base
del comportamento sociale dell’individuo. Mentre gli studi genetici sono
assai numerosi, gli studi del ruolo delle proteine codificate da questi
geni (proteomica) e delle loro interazioni (interattomica) sono più scarsi
data la loro complessità e difficoltà. Tuttavia questa rassegna compie un
importante tentativo di collegare la genetica di ASD con lo sviluppo della
funzione cerebrale attraverso le complesse vie di segnalazione che ne sono
alla base.  Anche se la rassegna non approfondisce le possibili
applicazioni terapeutiche, è chiaro che una comprensione dettagliata dei
percorsi molecolari di una data via di segnalazione, di cui spesso
conosciamo molecole attivatrici o inibitrici, apre la strada a tentativi
terapeutici razionali e non empirici.
Qui riassumo brevemente le varie parti di questa rassegna.
Base genetica dell’autismo
E’ ormai accertato da numerosi studi genetici che aberrazioni genetiche
hanno un ruolo importante nella eziologia dei disordini dello spettro
autistico (ASD). Questa implicazione è suffragata dal fatto che esiste una
sovrapposizione sia a livello genetico che comportamentale con altri
disturbi psichiatrici come Deficit di Attenzione e Iperattività,
Disabilità Intellettiva, Disordine Bipolare e Schizofrenia. Esistono geni
e gruppi di geni che sono condivisi tra ASD e vari disturbi psichiatrici;
pertanto i sintomi comportamentali comuni a questi disturbi debbono avere
una eziologia genetica comune.
Storicamente i primi geni scoperti come responsabili dell’autismo sono
quelli associati a forme sindromiche, d’altronde estremamente rare, alcune
delle quali sono monogeniche e trasmesse per via mendeliana, come la
Sindrome del cromosoma X fragile, la Displasia Corticale / Epilessia
Focale,  la Sclerosi Tuberosa, la Sindrome di Rett, oppure dovute a
variazioni del numero di copie, come la Sindrome di Phelan-McDermid.
Le prime indicazioni sulla eziologia genetica di ASD sono venute da
analisi genetiche di linkage (associazione o vicinanza di geni in un
cromosoma), ma la maggior parte dei geni candidati sono stati scoperti con
il sequenziamento del genoma, in particolare delle regioni codificanti del
genoma stesso; solo molto di recente sono iniziati studi di sequenziamento
dell’intero genoma, comprese le regioni non codificanti.
A tutt’oggi sono stati scoperti oltre 800 geni associati allo sviluppo di
ASD. Data la loro eterogeneità, è stato ipotizzato che questa moltitudine
di aberrazioni genetiche colpiscono specifici percorsi e reti molecolari
che sono responsabili di alterato sviluppo del sistema nervoso e quindi
dell’instaurarsi della sintomatologia autistica .La decifrazione di tali
percorsi è particolarmente difficoltosa e richiede un’analisi delle
interazioni fra le proteine interessate tramite la cosiddetta Network
Analysis.
 [Nota. I segnali biologici come quelli provenienti da ormoni, fattori di
crescita, ecc. sono trasmessi dall’interazione iniziale della molecola
segnale con un recettore proteico, la cui attivazione porta alla
attivazione successiva di altri fattori proteici in serie; il percorso è
complicato dalla esistenza di punti di ramificazione convergenti o
divergenti che determinano il costituirsi di una fitta rete di proteine
collegate fra di loro con attività positiva o negativa sull’esito finale,
che è spesso la modificazione a livello del DNA dell’espressione di uno o
più geni interessati allo sviluppo di cellule e tessuti. E’ chiaro che
l’esito finale può essere compromesso dalla alterazione di ognuna delle
tante proteine coinvolte e quindi dei geni che le hanno codificate].
Ricerca di bersagli in comune delle mutazioni responsabili di ASD
L’approccio più utilizzato è l’Analisi della Rete di Interazioni Proteiche
(Protein Protein Interaction Network Analysis), per identificare
nell’ambito di una data lista di proteine (p. es. corrispondenti a geni
candidati per ASD)  quelle che interagiscono fisicamente fra di loro,
utilizzando vari database di interazioni convalidate sperimentalmente o
predette; in tal modo si possono anche identificare hubs ovvero centri di
proteine fortemente interconnesse e quindi potenzialmente importanti per
la via molecolare interessata. Un approccio diverso è quello di utilizzare
profili di espressione genica noti del cervello umano per costruire i
corrispondenti profili proteici e di interazioni tra proteine, per poi
controllare se alcune di queste reti sono arricchite di geni candidati per
ASD. [In pratica nel primo approccio si identificano proteine espresse  da
geni candidati per ASD e si analizzano database disponibili per vedere se
queste proteine sono collegate fra di loro in vie di segnalazione note del
sistema nervoso; nel secondo approccio si esaminano reti di interazioni
tra proteine che siano già disponibili per il cervello umano e si analizza
se queste proteine interagenti in una data via di segnalazione sono
codificate da geni AQSD]
Utilizzando queste metodologie sono state identificate due vie principali
collegabili a ASD ed alcune altre che vengono riassunte brevemente qui di
seguito.

Via di segnalazione Wnt
Le vie di segnalazione Wnt regolano la proliferazione cellulare, nonché la
polarità e il differenziamento delle cellule, e perciò sono cruciali per
la morfogenesi tessutale particolarmente allo stadio embrionale. La
mancata regolazione di queste vie è stata collegata a numerose neoplasie,
oltre che ad altre patologie come osteoporosi, insufficienza cardiaca e 
diabete di tipo II. Nell’uomo esistono 19 proteine Wnt: si tratta di
glicoproteine secrete e modificate che attivano la trasduzione dei segnali
attraverso il legame a recettori detti frizzled  (letteralmente
“raggrinziti”). Sono note alcune vie principali Wnt, una detta canonica e
altre non canoniche. Nella via canonica è implicata la beta-catenina;
questa proteina normalmente si lega a un complesso multi-proteico e viene
indirizzata alla distruzione; quando una proteina Wnt lega il recettore,
questo sequestra il complesso multi-proteico impedendo alla catenina di
venire distrutta, e in tal modo essa esercita il suo effetto entrando nel
nucleo e attivando fattori di trascrizione importanti per la
proliferazione, la crescita, il differenziamento e la migrazione delle
cellule, oppure legandosi alla membrana dove è implicata nei processi di
adesione cellulare. Nelle due principali vie non canoniche non è
interessata la beta-catenina; la prima è collegata alla via di JNK ed è
implicata nello sviluppo della cresta neurale, la seconda dipende dal
Calcio ed  ha a che fare con lo sviluppo del cuore.
La via Wnt canonica è fondamentale sia per lo sviluppo del cervello sia
per la funzione del cervello maturo. Nello sviluppo cerebrale la via Wnt
sembra favorire la proliferazione delle cellule progenitrici dei neuroni
ritardandone il differenziamento, ma l’effetto sembra dipendere dal tipo
di cellule interessate. Nel cervello maturo Wnt regola la proliferazione e
il differenziamento delle cellule staminali neuronali.
Oltre agli effetti sul sistema nervoso centrale, la via Wnt regola lo
sviluppo dei dendriti e le loro ramificazioni e le spine dendritiche,
contribuendo al potenziamento della trasmissione sinaptica; inoltre la
beta-catenina è in grado di reclutare le vescicole nella terminazione
presinaptica, favorendo ulteriormente la neurotrasmissione.
Dai ruoli noti del sistema Wnt nello sviluppo cerebrale si possono trarre
illazioni sulle alterazioni che avvengono in questo sistema nei soggetti
ASD. Significativo il confronto della morfologia delle spine dendritiche
nei cervelli di  topi knock-out per la beta-catenina e nei soggetti ASD,
poiché  in entrambi i casi si assiste ad un aumento della densità delle
spine dendritiche; è da tener presente inoltre che i topi privi di
beta-catenina mostrano un comportamento asociale simile all’autismo umano.
Anche alcuni studi genetici fanno puntare al sistema Wnt, poiché numerosi
geni correlati all’autismo fanno parte del sistema Wnt o interagiscono con
esso.

Segnalazione Calcio / Calmodulina
Nel cervello il Calcio esercita importanti funzioni sia a livello
presinaptico che postsinaptico. A livello presinaptico è ben noto
l’effetto del Ca2+ nel rilascio del neurotrasmettitore. A livello
postsinaptico il Ca2+ è fondamentale nella trasmissione eccitatoria da
glutammato: lo ione entra nella cellula post-sinaptica attraverso i
recettori-canale detti NMDA, attivati dal glutammato, e qui si lega alla
proteina specifica Calmodulina attivando diverse chinasi che iniziano una
cascata di segnalazione implicata tra l’altro nel cosiddetto potenziamento
a lungo termine (LTP) che è alla base dell’apprendimento e della memoria.
In modelli murini di autismo è stato possibile rilevare deficit di LTP,
mentre non è facile poterlo dimostrare in soggetti umani: tuttavia nuove
tecniche come la Stimolazione Magnetica Transcranica hanno permesso di
osservare in soggetti autistici una diminuita risposta agli stimoli
paragonabile a un deficit di LTP. Inoltre, anche se è difficile dimostrare
direttamente un disturbo della segnalazione  da parte del Calcio in vivo,
questa è stata sicuramente dimostrata in cellule prelevate da soggetti
autistici. Molti altri studi tendono a mostrare un interessamento del
sistema Calcio/Calmodulina in ASD, ma nell’insieme questi studi, se pur
promettenti,  sono ancora all’inizio.

Altre vie di segnalazione
Alcune altre vie di segnalazione sono state associate a ASD, anche se non
sono state oggetto di studi dettagliati di analisi delle interazioni
proteiche. Tra questi una via sovente associata a ASD in molte ricerche è
quella mTOR, anche se studiata soprattutto nelle forme sindromiche di
autismo. mTOR (Mammalian Target of Rapamycin, bersaglio della rapamicina
nei mamiferi) è una via che risente dello stato nutritivo ed energetico
delle cellule ed è collegata all’azione dell’insulina e di fattori di
crescita; questa via sembra sia iperfunzionante in ASD, e la rapamicina,
che la inibisce specificamente, sembrerebbe un potenziale strumento
terapeutico per ASD. Un altro argomento di ricerca futura promettente
potrebbe essere NGF (Nerve Growth Factor) poiché studi genetici
sull’autismo sembrano implicare le sue vie di segnalazione; tuttavia studi
sull’argomento sono ancora molto scarsi.


ASD Autism Spectrum Disorder