Su questa lista abbiamo piú volte parlato di iPSC ( induced Pluripotent Stem Cells) http://autismo33.it/pipermail/autismo-biologia/2015-January/001543.html http://autismo33.it/pipermail/autismo-biologia/2016-February/002003.html La tecnica consiste nel prelevare cellule da un tessuto differenziato, porre le cellule in vitro, farle tornare alla stadio di cellule staminali totipotenti e farle differenziare a cellule del tessuto che si intende studiare, nel nostro caso i neuroni. In questo modo si puo’ ripercorrere in vitro quanto avviene in vivo nella vita embrionale per quanto riguarda la differenziazione e la specializzazione delle cellule. Questa tecnica é stata usata soprattutto per studiare alcune malattie monogeniche, come la Phelan Mc Dermid e la Rett. Inizialmente il tessuto di partenza era cositutito da un prelievo di fibroblasti dalla cute. Ora le cellule da prelevare possono essere le cellule mononucleate del sangue. In questo modo il punto di partenza é infinitamente piú agevole, come é agevole avere campioni di sangue non solo da pazienti, ma anche da controlli senza alcuna patologia. Usando questa tecnica DeRosa e coll. hanno studiato un gruppo di soggetti con autismo idiopatico e ne hanno potuto confrontare lo sviluppo dei neuroni con quello di un gruppo di soggetti normodotati Il lavoro é in rete al link https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5976773/ Lo ha letto per noi e ne ha fatto un ampio resoconto Giorgio Lenaz, Professore emerito di biochimica all’Universitá di Bologna. Eccolo Convergent Pathways in Idiopathic Autism Revealed by Time Course Transcriptomic Analysis of Patient-Derived Neurons. DeRosa BA, El Hokayem J, Artimovich E, Garcia-Serje C, Phillips AW, Van Booven D, Nestor JE, Wang L, Cuccaro ML, Vance JM, Pericak-Vance MA, Cukier HN, Nestor MW, Dykxhoorn DM. Sci Rep. 2018 May 30;8(1):8423. doi: 10.1038/s41598-018-26495-1. Il decorso temporale dell’analisi trascrittomica in neuroni da pazienti autistici rivela l’alterazione di vie di segnalazione convergenti. La numerosità e la eterogeneità dei geni collegati ai disordini dello spettro autistico (ASD) limita ancora la comprensione dei meccanismi cellulari alla base delle manifestazioni fenotipiche dell’autismo. Gli studi più recenti indicano chiaramente che una vasta proporzione dei geni associati a ASD sono funzionalmente interconnessi tramite vie di segnalazione che controllano una vastità di processi, tra cui la regolazione della trascrizione del DNA, il differenziamento dei neuroni con la specificazione della loro destinazione, le connessioni neuronali e il loro funzionamento, l’adesione e la migrazione delle cellule, e infine il bilancio fra eccitazione e inibizione neuronale. Le cellule staminali pluripotenti indotte (IPSC) si stanno dimostrando un mezzo molto efficace per far da modello di numerose malattie, tra cui complessi disordini psichiatrici di origine genetica. Queste linee cellulari possono essere prelevate direttamente da pazienti clinicamente definiti, in modo da replicare l’intero profilo genetico del paziente nella linea cellulare che ne deriva, utilizzando profili genetici caratteristici dello sviluppo di ASD. Il differenziamento in vitro delle IPSC in ben definiti sottotipi di neuroni specifici simula perfettamente la neurogenesi in vivo nella corteccia cerebrale. Ciò rende lo studio dello sviluppo dei neuroni derivati dalle IPSC ben adatto a modellare alterazioni dello sviluppo del sistema nervoso come ASD in quanto offre una piattaforma sperimentale per i meccanismi molecolari e cellulari che danno origine al disordine e che seguono la progressione e l’insorgere della patologia durante lo sviluppo prenatale e postnatale. Ciò può essere compiuto esaminando la biologia dei neuroni derivati dalle IPSC a vari stadi dello sviluppo e della maturazione funzionale. Poiché ASD è un disordine geneticamente complesso in cui nessun gene è responsabile di per sé al disopra dell’1%, il sequenziamento degli RNA trascritti rappresenta un approccio certo e globale per identificare trascritti espressi in maniera diversa tra individui affetti e non affetti, tra cui trascritti a basso numero di copie, trascritti nuovi non presenti nei controlli, RNA non codificanti, e varianti di splicing che potrebbero influenzare la suscettibilità a ASD. [Ricordo che negli eucarioti i geni sono intervallati da lunghe porzioni di DNA non codificante e i geni stessi non sono costituiti solamente da DNA codificante per una data proteina, ma hanno una larga componente non codificante; in particolare le parti codificanti dei geni (esoni) sono interrotte da porzioni non codificanti (introni); quando un gene viene trascritto in RNA, viene trascritto in toto (trascritto primario) e solo in seguito gli introni sono rimossi e gli esoni ricuciti tramite un processo detto splicing che genera il vero RNA messaggero codificante che verrà poi tradotto in una proteina specifica. Il processo di splicing in alcuni casi può riconoscere come introni porzioni alternative del trascritto, in modo che poi dallo stesso gene si originano proteine diverse.]. Era stato suggerito in precedenza che una alterata regolazione dell’espressione genica, comprendente variazioni del numero di copie e cambiamenti nelle parti di RNA non codificanti e nel processo di splicing, potessero influenzare la predisposizione a ASD; tuttavia finora sono stati effettuati studi solo su linee cellulari immortalizzate o su reperti autoptici, in cui il fattore temporale del differenziamento non può essere necessariamente preso in esame. In questo studio gli autori hanno inteso identificare le “firme” molecolari che caratterizzano i neuroni derivati da IPSC di soggetti ASD rispetto a controlli non affetti seguendo i cambiamenti di queste firme molecolari nel corso dello sviluppo neuronale. Le IPSC erano ottenute da cellule mononucleate del sangue periferico di pazienti e controlli programmate a differenziarsi in linee cellulari neuronali della corteccia. Il decorso temporale era studiato a due diversi tempi dopo l’induzione al differenziamento, rispettivamente 35 e 135 giorni in coltura. La identificazione dei trascritti veniva compiuta sia a livello di singoli geni, sia a livello della interazione dei prodotti genici in vie metaboliche e di segnalazione. In questo modo gli autori hanno potuto identificare fenotipi molecolari funzionali specifici di ASD, tra cui le reti implicate nel differenziamento neuronale, la formazione della matrice del citoscheletro cellulare e il metabolismo di DNA e RNA. Sono stati identificati ben 531 geni aventi espressione diversa tra ASD e controlli al 35° giorno e 257 al 135°. I geni a espressione alterata si riunivano in ben definiti processi o vie di segnalazione, e precisamente: (1) alterazione dell’attività sinaptica, comprendente la formazione delle sinapsi da un punto di vista morfologico con diminuzione dell’attività elettrica (potenziali d’azione) nei neuroni implicati; (2) distruzione delle vie di segnalazione tramite lo ione Calcio, che è implicato sia nella biogenesi dei recettori sinaptici, sia nella trasmissione sinaptica e nell’azione postsinaptica dei recettori attivati; (3) disregolazione della migrazione cellulare, necessaria nello sviluppo e differenziamento dei neuroni. E’ importante far presente che queste alterazioni, previste sulla base dei difetti di espressione genica, sono stati confermati con esperimenti biochimici ed elettrofisiologici. Nel complesso ancora una volta si conferma la molteplicità dei fattori implicati nella genesi di ASD, ma tutti convergenti, attraverso disturbi dello sviluppo e differenziamento del sistema nervoso centrale, a pochi meccanismi molecolari, tra cui emerge la trasmissione sinaptica. Esprimendo un commento personale, si potrebbe supporre che l’origine prima di ASD è nella alterazione combinata di geni diversi implicati direttamente o indirettamente nello sviluppo dei neuroni; considerando che più vie convergono allo stesso risultato finale, sembrerebbe che più geni debbano essere mutati per poter dare origine al fenotipo ASD. L’alterazione genica porta ad alterazioni della trascrizione dei geni mutati, conducendo a una “cascata” progressiva di alterazioni di trascrizione di geni normali che però sono sotto il controllo dei prodotti dei geni mutati; ciò implica inevitabilmente i processi a valle fino ad arrivare ai deficit funzionali a livello sinaptico. Giorgio Lenaz