[autismo-biologia] Dallo studio delle cellule staminali pluripotenti indotte nuove acquisizioni sulla genesi dell'autismo

[daniela a autismo33.it]

Su questa lista abbiamo piú volte parlato di iPSC ( induced Pluripotent
Stem Cells)

http://autismo33.it/pipermail/autismo-biologia/2015-January/001543.html

http://autismo33.it/pipermail/autismo-biologia/2016-February/002003.html

La tecnica consiste nel prelevare cellule da un tessuto differenziato,
porre le cellule in vitro, farle tornare alla stadio di cellule staminali
totipotenti e farle differenziare a cellule del tessuto che si intende
studiare, nel nostro caso i neuroni.

In questo modo si puo’ ripercorrere in vitro quanto avviene in vivo nella
vita embrionale  per quanto riguarda la differenziazione e la
specializzazione delle cellule. Questa tecnica é stata usata soprattutto
per studiare alcune malattie monogeniche, come la Phelan Mc Dermid e la
Rett.

Inizialmente il tessuto di partenza era cositutito da un prelievo di
fibroblasti dalla cute. Ora le cellule da prelevare possono essere le
cellule mononucleate del sangue. In questo modo il punto di partenza é
infinitamente piú agevole, come é agevole avere campioni di sangue non
solo da pazienti, ma anche da controlli senza alcuna patologia.

Usando questa tecnica DeRosa e coll. hanno studiato un gruppo di soggetti
con autismo idiopatico e ne hanno potuto confrontare lo sviluppo dei
neuroni con quello di un gruppo di soggetti normodotati

Il lavoro é in rete al link

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5976773/

Lo ha letto per noi e ne ha fatto un ampio resoconto Giorgio Lenaz,
Professore emerito di biochimica all’Universitá di Bologna.

Eccolo

Convergent Pathways in Idiopathic Autism Revealed by Time Course
Transcriptomic Analysis of Patient-Derived Neurons.
DeRosa BA, El Hokayem J, Artimovich E, Garcia-Serje C, Phillips AW, Van
Booven D, Nestor JE, Wang L, Cuccaro ML, Vance JM, Pericak-Vance MA,
Cukier HN, Nestor MW, Dykxhoorn DM.
Sci Rep. 2018 May 30;8(1):8423. doi: 10.1038/s41598-018-26495-1.


Il decorso temporale dell’analisi trascrittomica in neuroni da pazienti
autistici rivela l’alterazione di vie di segnalazione convergenti.

La numerosità e la eterogeneità dei geni collegati ai disordini dello
spettro autistico (ASD) limita ancora la comprensione dei meccanismi
cellulari alla base delle manifestazioni fenotipiche dell’autismo. Gli
studi più recenti indicano chiaramente che una vasta proporzione dei geni
associati a ASD sono funzionalmente interconnessi tramite vie di
segnalazione che controllano una vastità di processi, tra cui la
regolazione della trascrizione del DNA, il differenziamento dei neuroni
con la specificazione della loro destinazione, le connessioni neuronali e
il loro funzionamento, l’adesione e la migrazione delle cellule, e infine
il bilancio fra eccitazione e inibizione neuronale.
Le cellule staminali pluripotenti indotte (IPSC) si stanno dimostrando un
mezzo molto efficace per far da modello di numerose malattie, tra cui
complessi disordini psichiatrici di origine genetica. Queste linee
cellulari possono essere prelevate direttamente da pazienti clinicamente
definiti, in modo da replicare l’intero profilo genetico del paziente
nella linea cellulare che ne deriva, utilizzando profili genetici
caratteristici dello sviluppo di ASD. Il differenziamento in vitro delle
IPSC in ben definiti sottotipi di neuroni specifici simula perfettamente
la neurogenesi in vivo nella corteccia cerebrale. Ciò rende lo studio
dello sviluppo dei neuroni derivati dalle IPSC ben adatto a modellare
alterazioni dello sviluppo del sistema nervoso come ASD in quanto offre
una piattaforma sperimentale per i meccanismi molecolari e cellulari che
danno origine al disordine e che seguono la progressione e l’insorgere
della patologia durante lo sviluppo prenatale e postnatale. Ciò può essere
compiuto esaminando la biologia dei neuroni derivati dalle IPSC a vari
stadi dello sviluppo e della maturazione funzionale.
Poiché ASD è un disordine geneticamente complesso in cui nessun gene è
responsabile di per sé al disopra dell’1%, il sequenziamento degli RNA
trascritti rappresenta un approccio certo e globale per identificare
trascritti espressi in maniera diversa tra individui affetti e non
affetti, tra cui trascritti a basso numero di copie, trascritti nuovi non
presenti nei controlli, RNA non codificanti, e varianti di splicing che
potrebbero influenzare la suscettibilità a ASD. [Ricordo che negli
eucarioti i geni sono intervallati da lunghe porzioni di DNA non
codificante e  i geni stessi non sono costituiti solamente da DNA
codificante per una data proteina, ma hanno una larga componente non
codificante; in particolare le parti codificanti dei geni (esoni) sono
interrotte da porzioni non codificanti (introni); quando un gene viene
trascritto in RNA, viene trascritto in toto (trascritto primario) e solo
in seguito gli introni sono rimossi e gli esoni ricuciti tramite un
processo detto splicing che genera il vero RNA messaggero codificante che
verrà poi tradotto in una proteina specifica. Il processo di splicing in
alcuni casi può riconoscere come introni porzioni alternative del
trascritto, in modo che poi dallo stesso gene si originano proteine
diverse.]. Era stato suggerito in precedenza che una alterata regolazione
dell’espressione genica, comprendente variazioni del numero di copie e
cambiamenti nelle parti di RNA non codificanti e nel processo di splicing,
potessero influenzare la predisposizione a ASD; tuttavia finora sono stati
effettuati studi solo su linee cellulari immortalizzate o su reperti
autoptici, in cui il fattore temporale del differenziamento non può essere
necessariamente preso in esame.
In questo studio gli autori hanno inteso identificare le “firme”
molecolari che caratterizzano i neuroni derivati da IPSC di soggetti ASD
rispetto a controlli non affetti seguendo i cambiamenti di queste firme
molecolari nel corso dello sviluppo neuronale. Le IPSC erano ottenute da
cellule mononucleate del sangue periferico di pazienti e controlli
programmate a differenziarsi in linee cellulari neuronali della corteccia.
Il decorso temporale era studiato a due diversi tempi dopo l’induzione al
differenziamento, rispettivamente 35 e 135 giorni in coltura. La
identificazione dei trascritti veniva compiuta sia a livello di singoli
geni, sia a livello della interazione dei prodotti genici in vie
metaboliche e di segnalazione. In questo modo gli autori hanno potuto
identificare fenotipi molecolari funzionali specifici di ASD, tra cui le
reti implicate nel differenziamento neuronale, la formazione della matrice
del citoscheletro cellulare e il metabolismo di DNA e RNA. Sono stati
identificati ben 531 geni aventi espressione diversa tra ASD e controlli
al 35° giorno e 257 al 135°. I geni a espressione alterata si riunivano in
ben definiti processi o vie di segnalazione, e precisamente: (1)
alterazione dell’attività sinaptica, comprendente la formazione delle
sinapsi da un punto di vista morfologico con diminuzione dell’attività
elettrica (potenziali d’azione) nei neuroni implicati; (2) distruzione
delle vie di segnalazione tramite lo ione Calcio, che è implicato sia
nella biogenesi dei recettori sinaptici, sia nella trasmissione sinaptica
e nell’azione postsinaptica dei recettori attivati; (3) disregolazione
della migrazione cellulare, necessaria nello sviluppo e differenziamento
dei neuroni. E’ importante far presente che queste alterazioni, previste
sulla base dei difetti di espressione genica, sono stati confermati con
esperimenti biochimici ed elettrofisiologici.
Nel complesso ancora una volta si conferma la molteplicità dei fattori
implicati nella genesi di ASD, ma tutti convergenti, attraverso disturbi
dello sviluppo e differenziamento del sistema nervoso centrale, a pochi
meccanismi molecolari, tra cui emerge la trasmissione sinaptica.

Esprimendo un commento personale, si potrebbe supporre che l’origine prima
di ASD è nella alterazione combinata di geni diversi implicati
direttamente o indirettamente nello sviluppo dei neuroni; considerando che
più vie convergono allo stesso risultato finale, sembrerebbe che più geni
debbano essere mutati per poter dare origine al fenotipo ASD.
L’alterazione genica porta ad alterazioni della trascrizione dei geni
mutati, conducendo a una “cascata” progressiva di alterazioni di
trascrizione di geni normali che però sono sotto il controllo dei prodotti
dei geni mutati; ciò implica inevitabilmente i processi a valle fino ad
arrivare ai deficit funzionali a livello sinaptico.

                                                           Giorgio Lenaz