fattori genetici e ambientali: quale la causa...
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Fattori genetici e ambientali: quale la causa dell’autismo?
Antonio M. PersicoUnità di Neuropsichiatria Inf. & Adolesc. Lab. di Psichiatria Mol. & NeurogeneticaUniversità “Campus Bio-Medico” , Roma
& Ambulatorio di Psichiatria dell’Infanzia,
dell’Adolescenza e dell’Adulto, Centro Mafalda Luce per i Disturbi Pervasivi dello Sviluppo, Milano
I disturbi dello spettro autistico, dalla diagnosi precoce alla vita adultaGiornata Mondiale per la Consapevolezza dell’Autism o
Roma, 2 Aprile 2014
Esiste una importante componente ereditaria nell’autismo
• Tassi di concordanza nei gemelli: – Monozigoti: 60-90%; Dizigoti: 0-10%���� Ereditabilità >90%
• Rischio di ricorrenza per DA -DSA: 5-15% (ma gli studi di fratelli/sorella ad alto rischioindicano 15-25%, molto superiore rispetto allapopolazione generale)
• Una causa genetica certa si identifica solo in circa il 20% dei casi idiopatici (10% sindromici; 7-10% CNV de novo e mutazioni note)
Verso una classificazione genetica degli Autismi
1) Autismi sindromici “classici”
2) Nuovi autismi sindromici di natura monogenica dovute a mutazioni o anomalie citogenetiche
3) Autismi dovuti a piccoli riarrangiamenti cromosomici (microdelezioni / microduplicazioni: Copy Number Variants o CNVs)
4) Autismi mitocondriali
5) Autismi poligenici e interazioni gene-ambiente.Persico AM & Napolioni V, Behav Brain Res 251:95-112, 2013
(1) Autismi sindromici “Classici” • Sindrome dell’X fragile
• Sclerosi tuberosa
• Neurofibromatosi
• Fenilchetonuria non trattata
• Sindrome di Angelman
• Sindrome di Cornelia de Lange
• Sindrome di Down
• Sindrome di Smith -Lemli-Opitz
• Riarrangiamenti cromosomici de novo
Persico AM & Napolioni V, Behav Brain Res 251:95-112, 2013
(2) “Nuovi” autismi sindromici monogenici dovuti a mutazioni de novo o CNV
Lintas C & Persico AM, J Med Genet, 46:1-8, 2009
Screening nelle femmine (MECP2) e nei macrocefalici (PTEN)
• NLGN3 and NLGN4 (Xq13, Xp22.3)
• SHANK3 (22q13.3)
• NRXN1 (2q32)
Sinaptogenesi
• MECP2 (Xq28)Struttura della
cromatina• HOXA1 (7p15.3)
• PTEN (10q23)
• RAY1, IMMP2L (7q31-q33)
• EIF4E (4q21-q25)
Morfogenesi e ciclo cellulare
• CACNA1C (12p13.3), CACNA1F (Xp11.23),• KCNMA1 (10q22.3), [CACNA1H, SCN2A]
Omeostasi del calcio
Copy Number Variants (microdelezioni e microduplicazioni ) possono causare l’autismo ( forme monogeniche ) oppure aumentare il rischio ( forme oligogeniche/poligeniche )
Lupski JR, N Engl J Med 356:1169-71, 2007
(3) Sindromi autistiche ricorrenti da CNV
(3) Sindromi autistiche ricorrenti da CNVRegione Ch Del/Dup segni e sintomi relativi al neurosv iluppo Altri segni e sintomi
1q21 Del Autismo, ADHD, comportamento antisociale, ansia, epilessia, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, depressione, allucinazioni, schizofrenia.
Dismorfismi minori, difetti cardiaci, cataratta, malformazioni multiple congenite.
Dup Autismo, ADHD, epilessia, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, deficit del linguaggio, disturbi dell’apprendimento.
Dismorfismi minori,malformazioni multiple congenite.
2p15-2p16.1 Del Autismo, ritardo dello sviluppo Microsomia, microcefalia, caratteristiche dismorfiche
15q13 Del Autismo, ADHD, aggressività, ansia, epilessia, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, deficit del linguaggio, schizofrenia.
Dismorfismi minori, difetticardiaci.
Dup Autismo, ansia, disturbo bipolare, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, disturbo ossessivo compulsivo, ritardo del linguaggio.
Dismorfismi minori, ipotonia, obesità, infezioni ricorrenti dell’orecchio
16p11.2 Del Autismo, sindrome di Asperger, ADHD, dislessia, disturbo bipolare, ansia, epilessia, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, deficit del linguaggio, schizofrenia.
Dismorfismi minori, ipotonia, malformazioni congenite multiple.
Dup Autismo, ADHD, ansia, epilessia, ritardo mentale, ritardo dello sviluppo, disturbo ossessivo-compulsivo.
Persico AM & Napolioni V, Behav Brain Res 251:95-112, 2013
Ref. Mutazione Gene DNAmt N. di pazienti Segni e sintom i
Graf et al(2000)
8363G>A tRNALys 2 familiari Fratello: autismo, regressionecomportamentale, iperattività, deficit diattenzione, disprassia fine- e grosso-motoriaSorella: epilessia parziale complessa,instabilità, mioclonie, disprassia orofaringea,disabilità intellettiva moderata.
Fillano et al (2002)
Grandi delezioni del DNAmt 5 ASD Autismo, atassia, cardiomiopatia.
Pons et al(2004)
3243A>G tRNALeu(UUR) 2 ASD & le loro2 madri
Molto eterogenei : autismo, ritardo delneurosviluppo , goffagine, deficit diattenzione, deterioramento neurologico inpresenza di febbre, microcefalia omacrocefalia.
? DNAmt o DNA genomico?
1 con deplezione del
DNA mit.
Autismo, ipotonia muscolare , convlusioni,mooclonie, e ritardo del neurosviluppo.
Weissman et al (2008)
3397A>G4295A>G11984T>C
Subunità ND1 del ItRNAIleu
Subunità ND4 del complesso I
25 con patologia mit. primaria (3/25 con mutazionidel DNAmt)
Autismo, eccessiva affaticabilità ointolleranza all’esercizio fisico , disturbigastrointestinali, anomalie cardiovascolari,dismorfismi facciali, microcefalia omacrocefalia , ritardo dello sviluppogrossomotorio, ritardo della crescita.
(4) Sindromi autistiche mitocondriali
Persico AM & Napolioni V, Behav Brain Res 251:95-112, 2013
(5) Autismi poligenici
KaryotypicKaryotypicKaryotypicKaryotypic
SubmicroscopicSubmicroscopicSubmicroscopicSubmicroscopic
Fragile XFragile XFragile XFragile X
Rett syndromeRett syndromeRett syndromeRett syndrome
NeuroliginsNeuroliginsNeuroliginsNeuroligins
Tuberous SclerosisTuberous SclerosisTuberous SclerosisTuberous Sclerosis
UnknownUnknownUnknownUnknown
Prof. Bei-Lin Wu, Harvard Univ.
Genetica semplice e complessa
22 22
21
Mutazione o delezionede novo
21 21
11
Fattori ambientali attivi
in epoca prenatale
Delezioni trasmessedai genitori al figlio
Esito degli array-CGH
(N=83 pazienti)
Diagnosi di causa19%
Elevata probabilità
23%
Variante rara di dubbio significato
17%
Variante comune32%
Nessuna variante9%
Positivi35/83
(42,2%)
Negativi34/83
(41,0%)
Bailey A et al., Brain 121:889–905, 1998
Superficie piale
Str. V, girofrontale sup.
Capsulaesterna
Alterazioni neuroanatomichenel disturbo autistico
Rice & Barone, Env Health Persp 108(S3):511, 2000
I- - - - - - - - Apoptosis - - - - - - - -I
I- Pattern -Iformation
Belmonte et al, J Neurosci 24:9228, 2004
Input sensoriale
Rumore di fondo
Connessioni a lungo raggio
Connessioni a corto raggio
Bailey et al, 1995 Hallmeyer et al, 2011
Con
cord
anza
92%
10%
42%
13%20%
M FM/F
MZ
DZ
>90%
<10%
H SEF
37%
55%
H SEF
H
SEF
Ere
dita
bilit
à
Persico AM & Merelli S, Key Issues in Mental Health, vol. 179/Chapter 10, in press
Fattori Ambientali e Autismo: prove certe di causalità diretta
Fattore Ambientale Periodo critico Meccanismo
Acido Valproico Giorno embrionale 18-30
post-fertilizzazione
Alterazione della espressione genica
Ipometilazione del DNA
Stress ossidativo
Anti-metabolismo dell’acido folico
TalidomideGiorno embrionale 20-30
post-fertilizzazione
Alterazione della espressione genica
Danno al DNA mediato da radicali dell’O2
Inibizione dell’angiogenesi
MisoprostolGiorno embrionale 18-42
post-fertilizzazione
Alterazione della espressione genica
Inibizione dell’angiogenesi
RosoliaSettimana embrionale 1-8
post-fertilizzazione
Danno diretto del virus sul neurosviluppo
Risposta immune materna e fetale
Citomegalovirus Tutta la gravidanzaDanno diretto del virus sul neurosviluppo
Risposta immune materna e fetale
Fattori Ambientali e Autismo: indizi di causalità diretta
Fattore Ambientale Periodo critico Meccanismo
Inquinamento
dell’ariaTutta la gravidanza + periodo
postnatale precoce
Stress ossidativo nel sistema nervoso centrale
Attivazione immunitaria sistemica e nel sist. nervoso
Danno vascolare cerebrale
Neurodegenerazione
Alterazione della espressione genica
Alterata metilazione del DNA
Organofosfati Tutta la gravidanza
Attivazione infiammatoria sistemica e nel sist. nervoso
Alterazione della proliferazione neurogliale da perossidazione
Inibizione della trascrizione e dell’attività di reelin
Ridotta espressione di BDNF
Interferenza con la gestione del calcio intracellulare
Alterazione della neurotrasmissione GABAergica
Bifenili policlorinati
(PCB) e eteri difenili
polibrominati
(PBDE)
Tutta la gravidanza
Interferenza endocrina
Stress ossidativo nel sistema nervoso centrale
Interferenza con la gestione del calcio intracellulare
Ridotta metilazione del DNA
Attivazione immunitaria sistemica e nel sist. nervoso
Metalli pesanti Tutta la gravidanza
Neurotossicità
Attivazione del sistema immune, autoimmunità
Alterazione della espressione genica
AntidepressiviTutta la gravidanza +
periodo postnatale precoceSquilibrio serotoninergico
Curr Opin Pediatr 22:219-25, 2010
I fattori ambientali non conoscono il DSM -5!!!.......
Causano autismo, disabilità intellettiva, ADHD, pre maturità,
basso peso alla nascita e ritardo nello sviluppo
ISS 26 Marzo 2014, Vaccini e autismo, a cura di Ste fania Salmaso, Direttore del Centro nazionale di
epidemiologia, sorveglianza e promozione della sal ute dell’ISS
2013 Aug;163(2):561-7
…con autismo (?!?)
pazienti controlli
No!…hanno l’artrite reumatoide!!!
Wanchu A et al, Ann Rheum Dis 61: 88, 2002
Brain Behav Immun 2014, Jan 3 epub
•Autoanticorpi anticervelletto (45 e 62 kDa)N=355 bambini autistici e 142 fratelli/sorelle non affetti
•Anticorpi materni anticervello (37, 39, 73 kDa)N=333 madri di bambini autistici
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
45 kDa 62 kDa 45+62 kDa
Autistics (N = 355) Siblings (N = 142)
27 18 23 10 2 2
Piras et al., Brain Behav Immun 2014, Jan 3 [epub]
Altieri L. et al., Biomarkers 16:252, 2011 & Gabriele et al. submitted
Elevato p-cresolo urinario in 59 casi e controlli italiani
Dati non pubblicati
Effetti comportamentali del p-cresolo nei topi BTBR, modello murino di autismo
Test sociale “delle tre camere”
Pascucci T. et al., manuscript in preparation
Dati non pubblicati
Psicofarmacologia non-specifica
Comorbidità
Terapia molecolare personalizzata
Sintomi nuclearidell’autismo
Psicofarmacologia molecolare personalizzata:una rivoluzione”silenziosa” già iniziata
Sindrome Fisiopatologia Farmaco Meccanismo terapeutico Studio clinico (n. NCT)
Sindrome di Rett [MeCP2] Anomala regolazione dell’espressionegenica, che interferisce con la crescitaneuritica e la sinaptogenesi (1-3) IGF1
[Mecasermin, Increlex]Promuove la crescitaneuritica e la sinaptogenesi
01253317, 01777542
Delezione 22q13/Sindrome di Phelan-McDermid [SHANK3]
Alterata impalcatura dell’elemento post-sinaptico, che cause una diminuzione dellespine dendritiche e della sinaptogenesi
01525901
Sindrome dell’X fragile [FMR1] Eccessiva traduzione di alcuni mRNA nellespine dendritiche
MPEP
Fenobam
STX107
AFQ056 [Mavoglurant]
RO4917523
Antagonisti del recettoremGLUR5
Nessuno
01806415
01325740, 00965432
01357239, 01253629, 01482143, 01348087, 01433354, 00718341
01750957, 01015430,01517698
STX209 [Arbaclofen] Agonista del recettoreGABA-B
00788073, 01282268, 01555333 (interrotto), 01325220
CX516 [Ampalex] Modulazione allostericapositiva dei recettori AMPA
00054730
Sindrome dell’X fragile ed autismoidiopatico [neuroinfiammazione]
Attivazione microglialeMinociclina
Inibizione della microglia 00409747
Aumentata espressione ed attività dellaMMP9
Inibizione della MMP9 01053156, 0858689
Sclerosi tuberosa [TSC1/TSC2] Disinibizione della via biochimica di mTORRapamicina [Sirolimus]
Everolimus [RAD001, Afinitor]
Inibizione di mTOR 00457808
01289912, 01070316, 01730209, 01713946
Autismo con macrocefalia (PTEN) Nessuno
Neurofibromatosi (NF1) Disinibizione dell’attività di RAS & dellavia biochimica di mTOR
Lovastatina Inibizione dell’attività di RAS
00352599
Varianti geniche nel gene OXTR, checodifica il recettore per l’ossitocina
Ridotta attività dell’ossitocina Ossitocina Aumentata attivitàdell’ossitocina
01337687, 01788072, 01624194, 01308749,01183221, 1256060
CNV localizzati nella regione 15q11-13, che coinvolgono i geni GABRB3, GABRA5 e GABRG3 (autismo edepilessia)
Effetto eccitatorio del GABA dovuto ad un elevato livello di cloro intracellulare neineuroni
Bumetanide Potenziamentodell’inibizione GABAergicamediante riduzione deilivelli intracellulari di cloro
01078714
Vorstman et al, Psychopharmacol, 231:1063-78, 2013
Vorstman et al, Psychopharmacol, 2013
Pannello di biomarcatori
AUTISMO: QUALE FARMACO PER QUALE PAZIENTE?
Genomica: CNV, SNP, mutazioni rare
Metilomica
Trascrittomica (codificante & non)
Proteomica
Metabolomica
Basi biologiche del Disturbo dello Spettro Autistic o
Pannello diagnostico multilivello per ilDisturbo dello Spettro Autistico
1) Diagnosi precoce nei casi sporadici, specialment e a 18-30 mesi quando la diagnosi è particolarmente sogget ta al rischio di falsi-positivi e di falsi-negativi.
2) Stime di rischio alla nascita nei casi familiari , con relativo adattamento del programma di follow -up clinico ed eventuale avvio di un intervento comportamentale mo lto precoce.
3) Indicazioni prognostiche sulle traiettorie di svi luppo di bambini già diagnosticati con un DSA.
4) Indicazioni prognostiche sulla probabilità di ris posta al trattamento comportamentale.
5) Indicazioni per terapie farmacologiche personalizza te.
PatientsRegulatoryApproval
Basic Research Exploratory Discovery Preclinical Phase 1 Phase 2 Phase 3
Target ID• Genetic screening• TxP profiling• Epidemiology
Target Prosecution• Assay
Development• HTS/Lead ID• Lead Optimization
Cmpd De-Risking• Safety• Toxicology• PK/PD modeling• Biomarkers
Proof of Mechanism• Safety• Tolerability• Exposure to target• Target Engagement• Evidence of pharm• ESOE studies
Proof of Concept• Efficacy• Safety• Biomarker• ESOE
Target Validation• Animal models• Cellular assays• Human tissue
profiling
AGPAGPAGPAGPAutism Genome Project Autism Genome Project Autism Genome Project Autism Genome Project
A PROGRAM FUNDED BY AUTISM SPEAKSA PROGRAM FUNDED BY AUTISM SPEAKSA PROGRAM FUNDED BY AUTISM SPEAKSA PROGRAM FUNDED BY AUTISM SPEAKS
Alignment with Public-Private Partnerships (PPP)
Misure 6 mesi 12 mesi 24 mesi
Vineland Adaptive Behavior Questionnaire X X
MacArthur Communicative Development Inventory (CDI)
X X
Questionario Temperamento (QUIT) X X X
First Year Inventory X
M-CHAT X
Child Behavior Checklist (CBCL) X
GMDS Griffiths X X X
Autism Observation Scale for Infants (AOSI) X X
Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS) X
Autism Diagnostic Interview –Revised (ADI-R) X
Parenting Stress Index X X X
Circonferenza cranica, altezza, peso X X X
Campioni di sangue, saliva, urine X
Protocollo NIDA per lo studio di
bambini ad alto rischio di autismo
Ringraziamenti
UCBM (Roma) – Stefano Gabriele, Sarah Hastings, Sara Iannello, Carla Lintas, Roberto Sacco, Magda Verdecchia
Centro Mafalda Luce (Milano) – Chiara Picinelli, Ign azio Stefano Piras, Raffaella Faggioli, Sara Merelli, Benedetta Olivari , Myriam Frittoli, Rossella Fracchiolla
-MIUR (PRIN n.2006058195 and n.2008BACT54_002)-Min. della Salute (RFPS-2007-5-640174, RF-2011-02350 537, CCM 2012)-Fondazione Gaetano e Mafalda Luce (Milano)-Autism Aid ONLUS (Napoli)-Autism Speaks (Princeton, NJ)-Autism Research Institute (San Diego, CA)-Innovative Medicines Initiative Joint Undertaking ( EU-AIMS, n. 115300)
Hai assistito ad una presentazione in lingua italiana priva di inglesismiTu ed io parliamo una lingua che ha 3000 anni di storiaFacciamone buon uso