Thomas Bourgeron é dedito allo studio della genetica dell'autismo dal 2003 al prestigioso Istituto Pasteur di Parigi. Quando ha iniziato il suo gruppo, al pari di altri gruppi di ricerca, puntava a trovare il o i geni dell'autismo partendo da caratteristiche cliniche molto pure e tipiche. Ora, alla luce dei dati é emersi dalle ricerche internazionali, ritiene che la ricerca genetica ( e non solo) debba partire da un'ampia gamma di sindromi, oggi tenute distinte nelle classificazioni attuali. Questo dopo la constatazione che non c'é corrispondenza biunivoca tra alterazioni genetiche e sindromi cliniche, ma al contrario che ad ogni alterazione genetica corrispondono diversi quadri clinici e viceversa. Prendendo da Chirstopher Gillberg l'acronimo ESSENCE Bourgeron ha fatto il punto della situazione di questo nuovo orientamento della ricerca nell'articolo The genetics and neurobiology of ESSENCE: The third Birgit Olsson lecture Nord J Psychiatry 2015;Early Online:1 – 9.

Ed ecco la traduzione – riassunto, con utili spiegazioni per i non addetti ai lavori, di Giorgio Lenaz, Professore emerito di chimica biologica all'Universitá di Bologna


Genetica e neurobiologia di sindromi precoci del neuro-sviluppo (ESSENCE*)
Thomas Bourgeron
*ESSENCE è l’acronimo per “Early Symptomatic Syndromes Eliciting Neurodevelopmental Clinical Examinations” ovvero Sindromi sintomatiche precoci che richiedono esami clinici dello sviluppo del sistema nervoso.

ESSENCE è un termine che si riferisce alla condizione di bambini di età inferiore a 3-5 anni che presentano una sintomatologia clinica debilitante nei campi seguenti: (1) sviluppo globale; (2) comunicazione e linguaggio; (3) interazioni sociali; (4) coordinazione motoria; (5) attenzione; (6) motricitá; (7) comportamento; (8) umore; (9) sonno. I sintomi dei disordini del neuro-sviluppo sovente evolvono col tempo e possono migliorare come il paziente cresce, ma molte disabilità sono permanenti. La diagnosi e il trattamento di questi disordini possono essere difficili; il trattamento spesso include farmaci e programmi educativi domiciliari e scolastici. Col progredire delle conoscenze di genetica e neurobiologia oggi si conoscono meglio le cause di ESSENCE. Questo articolo esamina in dettaglio le conoscenze attuali sulle cause genetiche e suggerisce come migliorare la ricerca in questo campo.
Definizione e incidenza
I disturbi precoci dello sviluppo nervoso colpiscono più del 10% dei bambini, spesso con conseguenze permanenti e con effetti significativi sulle famiglie. Questo gruppo è eterogeneo per gravità e patofisiologia, comprendendo: sindrome alcoolica fetale, deficit di attenzione e iperattività, disabilità intellettiva, disordini del movimento (tic), deficit di coordinazione dello sviluppo, dislessia, deficit specifici del linguaggio e infine disordini dello spettro autistico (ASD). Anche alcune malattie neuromuscolari come le distrofie muscolari di Becker e Duchenne potrebbero essere incluse tra questi disordini poiché in alcuni pazienti influenzano la sfera cognitiva, ma vengono considerate separatamente a causa della sintomatologia predominante. I maschi sono più soggetti delle femmine ai disordini del neuro-sviluppo, il che suggerisce che ci sia una specificità di genere per i fattori di rischio oppure di protezione.
La quantità di fondi e di ricerca dedicati ad una determinata malattia dipendono dalla sua incidenza e gravità: è pertanto da sottolineare che la quantità di ricerca sulle disabilità intellettive è al di sotto del livello prevedibile. Le cause di ESSENCE vanno da gravi privazioni sociali a fattori di rischio genetici, a malattie metaboliche, a disordini immunologici, a malattie infettive, a fattori nutrizionali, a traumi fisici, a fattori tossici e ambientali. Tra tutti questi abbiamo oggi migliori conoscenze dei fattori genetici, il che stimola nuove ricerche in ambito neurobiologico.
La genetica di ESSENCE
Vi sono centinaia di geni che contribuiscono a determinare ESSENCE, ma la complessità viene ulteriormente aumentata dal fatto che ogni paziente ha combinazioni diverse di mutazioni nuove o ereditate dei geni interessati.

Mutazioni de novo(cioè non ereditate)
Queste includono mutazioni di basi singole, amplificazioni di triplette ripetute, variazioni del numero di copie di geni, riarrangiamenti cromosomici [cioè lo spostamento di regioni del genoma] ed aneuploidia [cioè variazione del numero dei cromosomi]. L’aneuploidia si verifica in alcune sindromi di alterato neuro-sviluppo come le sindromi di Down, di Klinefelter e di Turner. Riarrangiamenti e variazioni del numero di copie si verificano in alcune regioni preferenziali del genoma (es. nella sindrome velo-cardio-facciale, nelle sindromi di Angelmann e di Prader-Willi, oppure nella sindrome di Smith-Magenis). Di solito le variazioni di copie sono specifiche per ogni singolo paziente e comprendono da uno a centinaia di geni. Un’espansione del trinucleotide ripetuto CGG si osserva nella sindrome del cromosoma X fragile nel gene MRF1 che codifica per una proteina che regola l’espressione genica legandosi all’RNA. Mutazioni singole infine possono colpire geni nel cromosoma X (es. sindrome di Rett) o geni autosomici come SHANK3 causando ASD.
Nuove mutazioni ad alta penetranza probabilmente rendono conto di una grande quota (15-50%) di disturbi del neuro-sviluppo, come chiaramente dimostrato per le disabilità intellettive e i disordini dello spettro autistico. Si conoscono abbastanza i fattori di rischio che aumentano la probabilità di tali mutazioni. In alcuni casi questi fattori di rischio sono insiti nella struttura dei cromosomi, in altri sono esterni, come l’elevata età paterna che favorisce sostituzioni di basi singole. Riarrangiamenti cromosomici e mutazioni singole si osservano anche nei soggetti sani, ma i riarrangiamenti sono più frequenti nei pazienti, mentre le mutazioni sono paritarie, tuttavia nei pazienti prevalgono mutazioni che portano a perdita della funzione [N.B. in altre parole i riarrangiamenti cromosomici portano in genere a stati patologici, mentre molte mutazioni in singoli geni possono essere silenti se non cambiano la funzione della proteina prodotta].
La maggior parte delle mutazioni osservate in ASD sono state rilevate nel sangue [N.B. e pertanto si ritengono comuni a tutte le cellule del corpo, quindi originate precocemente nell’embrione], e pertanto possibili mutazioni somatiche originate durante lo sviluppo delle linee cellulari cerebrali non vengono rilevate: solo studi su prelievi autoptici post-mortem possono fornire dati su mutazioni somatiche specifiche per il cervello.

Mutazioni ereditarie monogeniche e poligeniche in ESSENCE
Le forme ereditarie monogeniche dei disturbi precoci dello sviluppo nervoso sono abbastanza frequenti (>10%). In ASD è stato stimato che il 3-6% dei pazienti sono portatori omozigoti di due mutazioni patogene con perdita di funzione nello stesso gene. In paesi con alta consanguineità il tasso di mutazioni recessive è ancora maggiore.
Mutazioni multiple in regioni differenti del genoma possono pure contribuire ai disturbi precoci del neuro-sviluppo. Parecchi studi hanno dimostrato in tali pazienti la frequente presenza di più di una mutazione dannosa. Per esempio, su 42 pazienti con una specifica micro-delezione nel cromosoma 16, 10 pazienti presentavano una mutazione aggiuntiva, proporzione ritenuta abbastanza significativa. In genere il quadro clinico dei pazienti con due mutazioni era più grave di quello di pazienti con la sola mutazione secondaria. In un altro studio tre pazienti con ASD aventi una mutazione sul gene SHANK2 presentavano una seconda mutazione su geni ben specificati.
Una delle sfide attuali dei genetisti è quella di identificare nel genoma la miriade di frequenti alleli che in maniera additiva aumentano il rischio di sviluppare una patologia. Varianti comuni possono contribuire alla ereditabilità di ASD per un 17-60% , e della sindrome da deficit di attenzione e iperattività per un 25-30%. Allo stesso modo è stato stimato il contributo di polimorfismi di nucleotidi singoli (SNP) nella ereditabilità del quoziente di intelligenza o di aspetti anatomici del cervello. Queste varianti comuni hanno un effetto additivo molto debole, e pertanto studi associativi sull’intero genoma hanno finora rivelato pochissime varianti di sequenza che contribuiscono al rischio di disturbi precoci del neuro-sviluppo. Tuttavia, se pure l’informazione genetica è difficile da trasferire in diagnosi clinica, l’identificazione di alleli a basso rischio rappresenta un traguardo importante per comprendere l’architettura genetica di questi disordini. Inoltre quegli alleli che contribuiscono al rischio di disordini del neuro-sviluppo ci indicano geni e vie che sono in qualche modo implicati nella patogenesi, e su cui quindi fissare l’attenzione della ricerca.

Database dei geni implicati in ESSENCE.
Esistono vari database genetici che forniscono informazioni sui geni implicati in ESSENCE. In particolare per quanto riguarda ASD vi sono due database che vengono aggiornati regolarmente: AutismKB e SFARI Gene. Un totale di 197 geni sono in comune ai due database, mentre altri 255 sono propri solo di AutismKB e 226 solo di SFARI. La differenza è dovuta alle modalità con cui i geni vengono selezionati.

Vie biologiche implicate in ESSENCE
Negli ultimi anni hanno dato un contributo fondamentale alla comprensione dei disturbi dello sviluppo nervoso tutta una serie di modelli animali nonché l’induzione di cellule staminali pluripotenti. Tuttavia la comprensione dei sintomi e del decorso individuale e l’aspetto biologico dai fattori genetici a quelli ambientali di rischio per i circuiti nervosi implicati restano una sfida sostanziale per genetisti e neurobiologi.
Per identificare le vie neuronali implicate nella patogenesi di ASD sono stati compiuti parecchi studi genetici o trascrittomici [cioè esaminando gli RNA messaggeri trascritti dai geni implicati]. Per esempio alcuni studi hanno dimostrato in soggetti ASD una minor trascrizione di geni implicati nella funzione sinaptica, mentre aumentava la trascrizione di geni implicati nell’attivazione infiammatoria e microgliale.
Al momento sono cinque i percorsi che risultano implicati nei disturbi del neuro-sviluppo: il rimodellamento della cromatina, la dinamica del citoscheletro, la traduzione del mRNA in proteine implicate nell’azione sinaptica , alcune vie metaboliche e infine la formazione e funzione delle sinapsi stesse. Si tratta di aspetti eterogenei di varia natura, ma che possono avere un punto terminale comune nella omeostasi neuronale. Alcune di queste vie possono suggerire potenziali bersagli terapeutici.

Tre proposte per una migliore ricerca su ESSENCE.
  1. Meno categorie, maggiori dimensioni
I più recenti progressi della genomica hanno rivelato che una identica variante genetica può aumentare il rischio di un largo spettro di disturbi in precedenza diagnosticati come malattie distinte. Queste scoperte stanno contribuendo a una rielaborazione concettuale dell’attuale nosologia psichiatrica. L’attuale DSM-5 (Diagnostic and Statistic Manual for Mental Disaeases) rende più semplice riconoscere sovrapposizioni fra diverse categorie diagnostiche, tuttavia le categorie ristrette e rigide ora esistenti tendono ancora a distaccare i ricercatori dai fenotipi reali. Di recente molte iniziative, tra cui appunto la definizione di ESSENCE, sono volte a migliorare la caratterizzazione fenotipica usando metodi più quantitativi. Questo sforzo tenta di definire le basilari dimensioni della funzione cerebrale in relazione ai circuiti neuronali noti usando molteplici metodi di indagine, andando oltre la definizione tradizionale. Un primo passo per andare oltre la classificazione attuale sarebbe di raccogliere le informazioni attualmente separate di DSM-5 e disperse in laboratori diversi che spesso non comunicano fra di loro. Per far ciò occorre un maggior grado di condivisione dei dati.

  1. Più ricerca sulla diversità genetica e cerebrale nelle popolazioni umane e maggior condivisione dei dati.
Un problema di tutti gli studi che vengono compiuti paragonando gruppi di individui “affetti” con “non affetti” è la tendenza dei ricercatori a conoscere meglio i genotipi e i fenotipi dei pazienti che dei controlli, senza tener conto della diversità genetica e fenotipica di entrambe le categorie. Lo stesso si verifica per gli studi in animali transgenici: praticamente tutte le conoscenze che abbiamo oggi derivano da studi compiuti sull’effetto di varie mutazioni in un unico ceppo di topi, senza considerare che le mutazioni potrebbero produrre effetti differenti in altri ceppi murini. Questa diversa risposta è stata effettivamente dimostrata in studi sull’effetto di una determinata mutazione in ceppi diversi del moscerino Drosophila melanogaster.
Finora sono stati sequenziati migliaia di genomi per comprendere la genetica dei disordini del neuro-sviluppo; è pure impressionante il numero di studi sull’espressione genica a livello cerebrale. Nonostante tutto ciò, se vogliamo comprendere i legami tra variabilità genetica e sviluppo cerebrale, dovremo studiare molte migliaia di cervelli a livello dell’espressione genica e della funzione, impresa molto costosa e difficile.
In un campionario di piccole dimensioni è molto difficile stabilire un nesso tra genotipo e fenotipo, poiché i fattori genetici di rischio o sono rari con effetti forti oppure frequenti ma con effetti deboli: in entrambi i casi occorre avere a disposizione una casistica di grandissime dimensioni. Un’opportunità per aumentare la casistica è la condivisione dei dati fra laboratori diversi. Finora ciò è stato assai difficile per vari motivi. Oggi sono però sorte alcune iniziative informatiche: per esempio la NIF (Neuroscience Information Framework) è un inventario dinamico aggiornato di risorse neuroscientifiche accessibile sul web a tutti i ricercatori interessati.

  1. Partecipazione dei pazienti e dei loro parenti alla ricerca.
Ci si sta rendendo conto oggi che i ricercatori non tengono in sufficiente considerazione molti aspetti della qualità di vita dei pazienti e dei loro parenti. Sono sorti movimenti che richiedono maggior coinvolgimento dei pazienti e dei loro familiari nei progetti di ricerca, per esempio controllando la propria salute e il progredire di una malattia cronica. I dati riportati dai pazienti su Internet possono essere utili per accelerare i risultati delle ricerche e per testare l’efficacia di farmaci.

Prospettive future
Lo sviluppo della ricerca porterà senz’altro un miglioramento delle condizioni di vita dei pazienti con disturbi del neuro-sviluppo e permetterà una loro miglior integrazione nella società. Tuttavia esistono altre iniziative per favorire una tale integrazione: ci sono enti senza fine di lucro che aiutano soggetti autistici a trovare lavoro. Come i governi spendono denaro pubblico per aiutare minoranze e portatori di handicap visivi e uditivi, così dovrebbero fare anche per i soggetti autistici. Un punto importante dovrebbe essere quello di considerare i disturbi dello spettro autistico come un continuum di una vasta gamma eterogenea: ciò permetterebbe un miglioramento della diagnosi, della terapia e dell’integrazione degli individui autistici.
Giorgio Lenaz, Professore Emerito di Chimica biologica all'Universitá di Bologna