[autismo-biologia] R: dal gene alla funzione

[ANGSA RAVENNA]

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
>>
>>
>> _______________________________________________
>> Lista di discussione autismo-biologia
>> autismo-biologia a autismo33.it
>> ANGSA (Associazione Nazionale Genitori Persone con Autismo dell'Emilia
>> Romagna.
>> Per cancellarsi dalla lista inviare un messaggio a:
>> valerio.mezzogori a autismo33.it
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