[autismo-biologia] R: dal gene alla funzione

Dom 1 Ago 2021 18:06:02 CEST

Cara Noemi e cari tutti,

sono lieta degli apprezzamenti espressi per il contributo di Ernesto
Burgio, definita da alcuni *lectio magistralis*. Parere che condivido e di
cui vorrei sottolineare le implicazioni che negli ultimi anni abbiamo
cercato di trasferire nella pratica clinica.

La dimostrazione della divergenza dallo sviluppo tipico negli stadi precoci
della differenziazione corticale e l'evidenza di percorsi cellulari comuni
in una coorte con background genetico eterogeneo confermano la centralità
della prevenzione primaria sulle donne in età fertile e in gravidanza per
affrontare l'aumento della prevalenza dell'autismo e dei disordini del
neurosviluppo.

Si tratta di temi di cui si parla molto, ma per i quali non si intravedono
cambiamenti significativi.

Ricordo questo importante contributo italiano, in cui trovate Marina Marini
tra gli autori https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6406684/ e di
cui si parlò ampiamente tempo fa
http://www.crea-sansebastiano.org/IT/articolo.php?id=304&t=etiopatogenesi-del-disturbo-dello-spettro-autistico-fattori-di-rischio-e-fattori-protettivi-

La trattazione di questi temi può sembrare lontana dai bisogni di salute
delle persone che attualmente sono nello spettro autistico. In realtà, la
transizione da un modello di genetica lineare ad una prospettiva in chiave
genomica sistemica ha anche ricadute sul modello di assistenza dopo la
nascita. La prima implicazione clinica  riguarda l’importanza della
rilevazione precocissima di anomalie del neurosviluppo e la predisposizione
tempestiva delle migliori condizioni biologiche ed educative per
massimizzare le possibilità di  “rientro in traiettoria fisiologica” in
virtù della vivace neuroplasticità dei primi anni di vita (in particolare,
dei primi due anni).  Ugualmente, la prospettiva dinamica e sistemica
consente di non chiudere mai la porta rispetto a possibili miglioramenti
del benessere della persona autistica, anche in età adulta.

Vi aggiorneremo prossimamente circa un corso di formazione su questi temi.
Referente scientifico per la pediatria sarà Ernesto Burgio. Tra i docenti,
saranno numerosi autori della review pubblicata alcuni mesi fa
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7912683/   di cui ricordo
questa breve sintesi
https://www.agi.it/blog-italia/scienza/post/2021-02-16/comportamento-autismo-modello-neurosviluppo-11431415/

Dopo la pubblicazione, si è verificata la convergenza della maggior parte
degli autori del panel nel *GLIA *(*Gruppo di Lavoro Interdisciplinare per
l’Autismo*)*,* con incontri mensili per condivisione di contributi
scientifici e progetti formativi. Come vedete, abbiamo accolto il vostro
invito di proseguire la collaborazione dopo la stesura dell’articolo.

In attesa di fornirvi maggiori dettagli appena saranno disponibili, colgo
l'occasione per augurarvi momenti di serenità in questa pausa estiva,
periodo spesso difficile, in cui molte famiglie si sentono più sole.

Un caro saluto,

Cristina Panisi

Il giorno ven 30 lug 2021 alle ore 14:22 ANGSA RAVENNA <
angsaravenna a gmail.com> ha scritto:

> Come sempre, grazie a Daniela e a  Professionisti come la d.ssa Panisi che
> qui contribuiscono ad alzare il di livello di confronto. Grazie del vostro
> entusiasmo e del vostro tempo.
> Noemi Cornacchia
>
> Il ven 30 lug 2021, 10:22 Cristina Panisi <
> cristina.panisi01 a universitadipavia.it> ha scritto:
>
>> Gentilissimi,
>>
>> di seguito riporto il commento di Ernesto Burgio su questo argomento
>> cp
>>
>>
>>
>> "A questo proposito, segnalo che alcuni mesi fa è stato pubblicato un
>> intero numero monografico di Biological Psychiatry
>> *Novel Neurodevelopmental Disturbances and Autism Risk *[Volume 89,
>> Issue 5, Pages A1-A10, e21-e30, 415-532 (1 March 2021)..
>> https://www.sciencedirect.com/journal/biological-psychiatry/vol/89/issue/5
>> ] che mostra molto chiaramente che più che di genetica si dovrebbe parlare
>> (anche in questo ambito) di EPIGENETICA: cioè di alterazioni (dis-reattive)
>> precoci (prime fasi dello sviluppo embrio-fetale ma in parte connesse ad
>> alterazioni genomiche nei gameti in particolare paterni: CNVs ecc. )
>> dell’espressione genica a carico di specifici geni fondamentali nella
>> modulazione della differenziazione neuronale (in specifiche aree del
>> cervello: in questo caso essenzialmente aree frontali/prefrontali)..
>> l’intero numero monografico è di grande rilievo e non può che essere
>> interpretato in questo senso.
>>
>> In particolare: Adhya D, Swarup V, Nagy R, et al. *Atypical Neurogenesis
>> in Induced Pluripotent Stem Cells From Autistic Individuals. *Biol
>> Psychiatry. 2021;89(5):486-496. doi:10.1016/j.biopsych.2020.06.014
>> nel quale si mostra chiaramente come le iPSC di soggetti autistici
>> mostrino una neurogenesi atipica rispetto alle iPSC di controllo. Nello
>> specifico, gli autori hanno osservato differenze nell'organizzazione delle
>> cellule neurali e nella velocità di differenziazione/commitment (ma solo
>> quando le cellule erano destinate a diventare neuroni corticali). Questi
>> risultati suggeriscono che le differenze cellulari associate all'autismo
>> emergano durante il primo sviluppo prenatale, facendo progredire la
>> comprensione delle origini dell'autismo. Provo a riassumerne alcuni
>> punti essenziali L'autismo è un insieme eterogeneo di disturbi con un
>> complesso fondamento molecolare. Prove da studi sul cervello *post
>> mortem* hanno indicato che lo sviluppo prenatale precoce può essere
>> alterato nell'autismo. Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)
>> generate da individui con autismo con macrocefalia indicano anche lo
>> sviluppo prenatale come un periodo critico per questa condizione.
>> Ma *poco si sa sugli **eventi cellulari alterati precoci durante le fasi
>> prenatali dell'autismo**…. Prove crescenti indicano **che la
>> perturbazione durante i periodi critici dello sviluppo prenatale può essere
>> la chiave per l'emergere dell'autismo*
>>  D. Schubert, G.J. Martens, S.M. Kolk  *Molecular underpinnings of
>> prefrontal cortex development in rodents provide insights into the etiology
>> of neurodevelopmental disorders* Mol Psychiatry, 20 (2015), pp. 795-809
>> Coerentemente con questa idea, *gli studi sul cervello post-mortem
>> sull'autismo hanno identificato la disregolazione di presunti percorsi di
>> espressione genica prenatale* Pertanto, *lo sviluppo prenatale precoce
>> può essere un periodo critico per l'emergere della fisiopatologia cellulare
>> associata all'autismo*
>>
>> N.N. Parikshak, R. Luo, A. Zhang, H. Won, J.K. Lowe, V. Chandran, et al. *Integrative
>> functional genomic analyses implicate specific molecular pathways and
>> circuits in autism *Cell, 155 (2013), pp. 1008-1021
>>
>>
>> *L'uso di cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)** permette di
>> studiare il comportamento cellulare prenatale nell'autismo*
>>  S. Fedele, G. Collo, K. Behr, J. Bischofberger, S. Muller, T. Kunath,
>> et al. *Expansion of human midbrain floor plate progenitors from induced
>> pluripotent stem cells increases dopaminergic neuron differentiation
>> potential *Sci Rep, 7 (2017), p. 6036
>>
>> Kriks, J.W. Shim, J. Piao, Y.M. Ganat, D.R. Wakeman, Z. Xie, et al. *Dopamine
>> neurons derived from human ES cells efficiently engraft in animal models of
>> Parkinson's disease *Nature, 480 (2011), pp. 547-551
>> S.P. Pasca, T. Portmann, I. Voineagu, M. Yazawa, A. Shcheglovitov, A.M.
>> Pasca, et al. *Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes
>> associated with Timothy syndrome *Nat Med, 17 (2011), pp. 1657-1662
>>
>> Shi, P. Kirwan, F.J. Livesey *Directed differentiation of human
>> pluripotent stem cells to cerebral cortex neurons and neural networks *Nat
>> Protoc, 7 (2012), pp. 1836-1846
>> M.A. Lancaster, M. Renner, C.A. Martin, D. Wenzel, L.S. Bicknell, M.E.
>> Hurles, et al. *Cerebral organoids model human brain development and
>> microcephaly *Nature, 501 (2013), pp. 373-379
>>
>>  *(molti) studi evidenziano che i fenotipi cellulari e molecolari
>> associati all'autismo possono iniziare durante lo sviluppo cerebrale
>> prenatale*.
>> Un *aspetto critico di questi studi è che la differenziazione neurale
>> atipica è associata a una maggiore proliferazione cellulare*. *Tuttavia*,
>> poiché i partecipanti autistici a questi studi *avevano anche
>> macrocefalia*, *non è chiaro se lo sviluppo anormale osservato fosse in
>> parte dovuto a questa comorbidità.* Inoltre, poiché *la macrocefalia è
>> presente solo in un sottoinsieme di individui con autismo, non è noto se lo
>> sviluppo atipico possa essere generalizzato a individui autistici senza
>> macrocefalia.* Infine, poiché *la maggior parte degli studi si è
>> concentrata principalmente sullo sviluppo dei neuroni
>> proencefalo/corticali, è ancora da verificare se lo sviluppo atipico può
>> essere osservato anche nei precursori neurali corticali destinati a un
>> lignaggio diverso*.
>>
>> In questo studio, *abbiamo quindi generato iPSC da individui autistici
>> senza macrocefalia da 3 coorti di partecipanti indipendenti per esaminare
>> una popolazione più ampia di individui con autismo*.
>>
>> *Gli studi iniziali sul sequenziamento dell'RNA hanno indicato che lo
>> sviluppo neurologico precoce può essere influenzato*. Per *indagare
>> ulteriormente sulla fonte dell'espressione genica atipica, abbiamo
>> intrapreso ampi esperimenti di fenotipizzazione cellulare*.
>>
>> *Firme dell'espressione genica dello sviluppo neurologico nei neuroni
>> derivati dall'autismo-iPSC*
>>
>> *Le cellule iPSC sono state generate da 9 individui con autismo e 6
>> individui di controllo tipici da 3 coorti indipendenti..*
>>
>> Ci siamo concentrati su 3 distinte fasi di sviluppo
>>
>> 1) *giorno 9, stadio precoce dei precursori neurali, quando le cellule
>> staminali formano nuove cellule precursori che si auto-organizzano in
>> strutture simili a tubi neurali note come rosette neurali con una
>> disposizione direzionale apicale-basale;*
>> 2) *giorno 21, stadio tardivo del precursore neurale, un periodo durante
>> il quale le cellule progenitrici neurali iniziano a formare strati dalla
>> superficie apicale e sono preparate per la differenziazione in neuroni
>> mentre si spostano verso l'esterno*; e
>> 3) *giorno 35, neuroni corticali immaturi, uno stadio in cui i
>> precursori diventano postmitotici e adottano un'identità neuronale  *
>>
>>
>> *L'analisi dell'espressione genica differenziale  ha confermato profili
>> trascrittomici distinti di iPSC di controllo e autismo e un elevato
>> arricchimento per i geni identificati negli studi sul cervello post-mortem
>> dell'autismo, ma non la schizofrenia o il cancro*
>>
>> *La divergenza dallo sviluppo tipico nell'autismo si verifica negli stadi
>> precoci della differenziazione corticale*
>>
>> Innanzitutto, *abbiamo valutato l'espressione di PAX6 e Tuj1 in iPSC di
>> controllo e autismo* (Sia *PAX6 *che* Tuj1 sono marcatori dei
>> precursori neuronali.*
>>
>> M.J. Ziller, R. Edri, Y. Yaffe, J. Donaghey, R. Pop, W. Mallard, et al. *Dissecting
>> neural differentiation regulatory networks through epigenetic footprinting*
>> Nature, 518 (2015), pp. 355-359
>>
>> M.A. Tischfield, H.N. Baris, C. Wu, G. Rudolph, L. Van Maldergem, W. He,
>> et al. *Human TUBB3 mutations perturb microtubule dynamics, kinesin
>> interactions, and axon guidance* Cell, 140 (2010), pp. 74-87
>>
>>  *…… i precursori derivati dal controllo-iPSC hanno espresso PAX6 e Tuj1
>> all'inizio della differenziazione, mentre le iPSC autistiche hanno mostrato
>> un'espressione PAX6 e Tuj1 inferiore nella fase equivalente.*
>>
>> *Dopo questa fase iniziale, il tasso di espressione di PAX6 e Tuj1 era
>> più alto nelle iPSC con autismo e la differenza tra iPSC di controllo e
>> iPSC era sostanzialmente ridotta al giorno 21.*
>>
>>
>> *Sviluppo alterato di lignaggi precursori del proencefalo in
>> autismo-iPSCs indipendente dalla proliferazione cellulare*
>>
>> *Precedenti studi iPSC hanno collegato uno squilibrio nelle cellule
>> progenitrici GABA (acido gamma-aminobutirrico)-glutamatergico e nella
>> funzione neuronale con un fenotipo di proliferazione cellulare associato
>> alla macrocefalia*. Pertanto, eravamo interessati a stabilire se uno
>> squilibrio simile in presenza di cellule progenitrici GABA-glutamatergiche
>> potesse essere osservato nelle nostre iPSC autistiche.
>>
>> *Abbiamo quindi studiato lo sviluppo di precursori che esprimono EMX1,
>> noto per essere espresso nei neuroni e precursori del proencefalo dorsale
>> (glutamatergico) e GAD67, l'enzima limitante della velocità nella via di
>> sintesi del GABA e noto per essere espresso in cellule GABAergiche*.
>>
>>
>>    - *Al giorno 9, l'espressione di EMX1 era significativamente più alta
>>    nel controllo rispetto ai precursori neurali dell'autismo*
>>    - Al *giorno 21,** l'espressione di EMX1 in entrambi i gruppi
>>    sembrava rimanere stabile, con solo una riduzione minore dei precursori di
>>    controllo (dCTA = -41 cellule/giorno), al contrario di un aumento minore
>>    (dCTA = +10 cellule/giorno) nel gruppo autistico. *In questa fase, *i
>>    progenitori neurali di controllo hanno espresso EMX1 significativamente più
>>    alto dei progenitori neurali dell'autismo*
>>    - *Nei neuroni immaturi del giorno 35, l'espressione di EMX1 sia nei
>>    neuroni di controllo che in quelli autistici era ridotta rispetto
>>    all'espressione nei precursori del giorno 9 e -21; tuttavia, la riduzione
>>    era significativamente più acuta nel gruppo con autismo *(
>>
>>
>> *L'espressione di GAD67 nelle iPSC autistiche e di controllo ha seguito
>> una traiettoria opposta. *
>>
>>
>>    - *Al giorno 9, l'espressione di GAD67 era significativamente più
>>    alta nei precursori di controllo, mentre i precursori dell'autismo
>>    mostravano un'espressione trascurabile*
>>    - Al giorno 21, l'espressione di GAD67 era ridotta nei progenitori di
>>    controllo (dCTA = -68 cellule/giorno) ma era significativamente aumentata
>>    nei progenitori neurali dell'autismo (dCTA = +185 cellule/giorno) ... I
>>    progenitori del controllo e dell'autismo avevano un'espressione GAD67
>>    simile in questa fase
>>    - *Tuttavia, al giorno 35, l'espressione di GAD67 nei neuroni
>>    autistici era superiore a quella nei neuroni di controllo* .. *Similmente
>>    a quello che abbiamo osservato con le cellule che esprimono PAX6 e Tuj1,
>>    anche l'espressione di EMX1 e GAD67 ha mostrato una notevole variabilità*. Di
>>    nuovo, l'analisi della varianza ha rivelato una *maggiore variabilità
>>    nella maggior parte dei parametri nelle linee di autismo*..
>>
>>
>>
>> *……………………………………………….……………………………………………….*
>>
>>
>> IN SINTESI
>> In questo studio, abbiamo utilizzato iPSC generati da coorti indipendenti
>> e da individui con autismo ma senza macrocefalia…* e abbiamo accertato
>> che la differenziazione delle iPSC autistiche verso un destino corticale,
>> ma non mesencefalico, determina una neurogenesi atipica caratterizzata da
>> maturazione prematura e specificazione anormale delle cellule progenitrici
>> neurali*. Questi effetti si verificano *in assenza di attività
>> proliferativa alterata tra iPSC di controllo e autismo*. L'identificazione
>> di questi fenotipi cellulari/molecolari ci ha permesso di trovare percorsi
>> cellulari *comuni in una coorte con background genetico eterogeneo*.
>>
>>
>> Il giorno mer 28 lug 2021 alle ore 17:04 Valentino Romano <
>> valentino.romano a unipa.it> ha scritto:
>>
>>> Cara Daniela
>>>
>>> Davvero molto interessante !!!
>>> Non avevo ancora visto l'articolo
>>> Grazie per la segnalazione
>>> Cordiali saluti
>>>
>>> Valentino Romano
>>>
>>> -----Messaggio originale-----
>>> Da: autismo-biologia <autismo-biologia-bounces a autismo33.it> Per conto
>>> di daniela
>>> Inviato: mercoledì 28 luglio 2021 15:58
>>> A: autismo-biologia a autismo33.it
>>> Oggetto: [autismo-biologia] dal gene alla funzione
>>>
>>> Per arrivare a terapie che agiscano in profondità nell’alleviare i
>>> sintomi dell’autismo ad alto fabbisogno di sostegno è prioritario fare dei
>>> sottogruppi omogenei dal punto di vista biologico.
>>>
>>> La scoperta di nuove condizioni genetiche (mutazioni e CNV) che
>>> accrescono  la percentuale degli autismi da causa nota consente di fare dei
>>> sottogruppi omogenei, almeno tra gli autismi da causa genetica nota.
>>>
>>> Il guaio è che, mentre ci cercava il gene dell’autismo, si sono trovate
>>> centinaia di geni dell’autismo e questo rende difficile la ricerca del
>>> legame patogenetico tra gene e sintomi.
>>>
>>> Cederquist e colleghi hanno affrontato questo difficile tema accorpando
>>> diverse cellule staminali indotte tratte da 30 linee isogeniche di autismi
>>> monogenici
>>>
>>> https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7376579/
>>>
>>> Le hanno mescolate in un unico disco e le hanno fatte differenziare in
>>> cellule della corteccia prefrontale per testare le diverse ipotesi dello
>>> sviluppo precoce. In questo modo hanno potuto classificare le diverse linee
>>> cellulari in due classi.
>>> Le mutazioni di classe 1 (8/27) inibiscono, mentre le mutazioni di
>>> classe 2 (5/27) aumentano la neurogenesi della corteccia prefrontale.
>>> Dallo studio emerge che vi sono delle vie molecolari e di sviluppo
>>> convergenti di diverse mutazioni associate all’autismo.
>>>
>>> Questo dovrebbe essere un primo passo verso la ricerca di target per
>>> terapie innovative basate non più sui sintomi, ma su disfunzioni biologiche
>>> omogenee comuni a diverse mutazioni geniche.
>>>
>>> La strada è lunga per arrivare a terapie efficaci nell’uomo, ma questa
>>> metodica, che riproduce in vitro ciò che è impossibile osservare in vivo,
>>> ovvero l’organogenesi embrionale,  e mostra diverse vie disfunzionali che
>>> accomunano gruppi di mutazioni  diverse, mi sembra uno strumento di ricerca
>>> promettente da incentivare e da finanziare.
>>>    Daniela Mariani Cerati
>>>
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