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 < [email protected]> 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 <[email protected]> Per conto di daniela Inviato: mercoledì 28 luglio 2021 15:58 A: [email protected] 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 [email protected] ANGSA (Associazione Nazionale Genitori Persone con Autismo dell'Emilia Romagna. Per cancellarsi dalla lista inviare un messaggio a: [email protected]
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