“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