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CAG - Progetto Modo

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PROGETTO MODO
“Model Organism”
Variabilità dell’espressione fenotipica in
soggetti con Corea di Huntington e con
medesima alterazione genica
Prof. Francesco Salvatore
Prof. Antonella Carsana
Prof. Gabriella Esposito
Dott. Rossana D’Angelo
Patologie da ripetizioni di poliglutammina (poliQ)
- Espansione di triplette CAG nella regione codificante di specifici geni
- Mutazioni dinamiche
- Anticipazione, penetranza incompleta
- Correlazione inversa tra il numero di ripetizioni CAG e l’età d’esordio della
malattia
- Corea di Huntington (HD), prevalenza 3-7:100,000 (gene HTT)
HD
Triplette ripetute CAG nel gene HTT (esone 1)
- CAG ≤ 26
- CAG 27 - 35
- CAG 36 - 39
- CAG ≥ 40
Sani
Alleli intermedi (instabili)
HD penetranza incompleta
HD affetti
Patogenesi di HD
-
Alterazione della bioenergetica mitocondriale
Danno ossidativo
Alterazioni trascrizionali
Modifiche epigenetiche
Alterazioni del trasporto vescicolare
Coinvolgimento delle cellule gliali
Scopo del progetto (I)
Approfondire i meccanismi molecolari alla base delle discordanze genotipo –
fenotipo in un gruppo di pazienti affetti da HD che presentano lo stesso numero
di ripetizioni CAG nell’allele mutato.
Studio
Diagnosi molecolare di 58 pazienti/soggetti appartenenti a 47 famiglie
58 pazienti/soggetti
47 famiglie
−CAG ≥ 40
−CAG 36 – 39
−CAG 27 – 35
−CAG ≤ 26
33 soggetti
2 soggetti
1 soggetto
22 soggetti
Per studiare le discordanze genotipo – fenotipo, abbiamo selezionato i pazienti con lo
stesso numero di ripetizioni CAG ed età d’esordio e segni clinici diversi
Famiglia 11
?
ID
#11-1
#11-2
#11-3
Anno di nascita
1976
1979
1980
Età
38
35
34
CAG
19
46
19
46
19
46
Età d’esordio
--
--
32
Segni clinici
Borderline
Sana
Alterazioni
motorie
Tre sorelle con lo stesso genotipo HTT
Solo la più giovane delle sorelle (#11-3) presenta segni clinici di HD
Dati clinici: Prof. Giuseppe De Michele, Elena Salvatore
Dipartimento di Scienze Neurologiche, Università di Napoli Federico II
Pazienti HD selezionati con lo stesso numero di CAG e
quadri clinici ed età d’esordio differenti
ID
Anno di nascita
Età
CAG
#7
#10
#23
#32
1962
52
1971
43
1972
42
1971
43
17
Età d’esordio
Segni clinici
46
17
46
17
46
22
46
47
41
34
40
Disturbi
motori,
cognitivi e
psichiatrici
Disturbi
motori e
cognitivi
Disturbi
psichiatrici
Disturbi
motori e
psichiatrici
E’ necessario reclutare altri pazienti caratterizzati dalla stessa mutazione
a cui estendere lo studio
Dati clinici: Prof. Giuseppe De Michele, Elena Salvatore
Dipartimento di Scienze Neurologiche, Università di Napoli Federico II
Ricerca di polimorfismi (SNPs) in potenziali geni modificatori
SNPs selezionati nei geni:
Proteine che interagiscono con l’huntingtina :
• HAP1 (huntingtin-associated protein 1)
Geni in linkage con il locus HTT :
• MSX1 (muscle segment homeobox 1)
Recettori di neurotrasmettitori :
• GRIN2A (glutamate receptor, ionotropic, N-methyl D-aspartate 2A)
• GRIN2B (glutamate receptor, ionotropic, N-methyl D-aspartate 2B)
• ADORA2A (adenosine A2a receptor)
Metabolismo energetico :
• TFAM (transcription factor A, mitochondrial)
• NRF1 (nuclear respiratory factor 1)
• PPARGC1A (peroxisome proliferator-activated receptor gamma,
coactivator 1 alpha)
Pathway autofagico :
• ATG7 (autophagy related 7)
Geni implicati in altre malattie neurodegenerative :
• UCHL1 (ubiquitin carboxyl-terminal esterase L1)
Risultati
11/3
♀
Pazienti
11/1
♀
11/2
♀
7
♂
10
♂
Disturbi motori e
cognitivi,
Disturbi motori
Disturbi
e cognitivi
psichiatrici
23
♀
32
♀
Disturbi motori e
psichiatrici
Fenotipo
Disturbi motori
borderline
sana
Età d’esordio
32
--
--
47
41
34
40
Triplette CAG
19 - 46
19 - 46
19 - 46
17 - 46
17 - 46
17 - 46
22 - 46
gene
SNP
Disturbi
psichiatrici
regione
HTT del
GAG del
esone
wt
wt
wt
wt
wt
wt
del
HAP1
rs4523977 (T/C)
esone (T441M)
T/T
T441M (T/C)
T/T
T441M (T/C)
T/T
T/T
T/T
MSX1
rs36206445
(ripetizioni gt)
Introne
9 - 11
9 - 11
9 - 11
9-9
9 - 11
9-9
9 - 11
rs2650427 (T/C)
Introne
T/C
T/C
T/C
T/T
T/T
T/T
T/C
T=0.461
GRIN2A
rs8057394 (G/C)
Introne
G/C
G/G
G/C
C/C
G/G
G/C
G/G
C=0.410
rs1969060 (C/T)
Introne
C/T
T/T
C/T
C/C
T/T
C/T
T/T
C=0.367
rs890 (T/G)
3’ UTR
G/G
T/G
G/G
T/G
T/T
T/G
T/T
G=0.328
rs1806201 (C/T)
esone (T888T)
C/C
C/C
C/C
C/T
C/C
C/C
C/T
T=0.307
rs5751876 (T/C)
esone (Y361Y)
C/C
C/C
T/C
T/C
T/C
T/C
C/C
T=0.481
rs11006132 (A/G)
3’ UTR
A/A
A/A
A/G
A/A
A/G
A/A
G/G
G=0.233
rs1049432 (G/T)
3’ UTR
G/G
G/G
G/T
G/G
G/T
G/G
G/G
T=0.204
rs7781972 (A/T)
introne
A/T
T/T
T/T
T/T
T/T
A/A
T/T
T=0.483
rs6949152 (A/G)
introne
A/A
A/A
A/A
A/A
A/G
A/G
A/G
G=0.232
rs2970870 (T/C)
promotore
T/C
T/C
C/C
C/C
T/T
T/T
T/C
T= 0.473
rs2970848 (A/G)
Introne
A/A
A/A
A/G
A/G
A/G
A/A
A/G
G=0.381
rs7665116 (C/T)
Introne
T/T
T/T
T/T
C/T
T/T
C/T
T/T
C=0.269
rs6821591 (C/T)
3’ UTR
C/T
T/T
C/T
T/T
C/T
C/T
C/T
C=0.423
rs3736265 (C/T)
esone (T612M)
C/C
C/C
C/T
C/T
C/C
C/C
C/C
T=0.109
ATG7
rs36117895 (C/T)
esone (V471A)
C/T
C/T
C/T
T/T
T/T
T/T
T/T
C=0.024
UCHL1
rs5030732 (C/A)
esone (S18Y)
C/C
C/C
C/C
S18Y (C/A)
S18Y (C/A)
C/C
C/C
A=0.242
GRIN2B
ADORA2A
TFAM
NRF1
PPARGC1A
C=0.024
In verde sono evidenziati gli SNPs riportati con effetto protettivo, in rosso sono evidenziati gli SNPs riportati con effetto peggiorativo
Risultati più significativi
Pazienti
#11-1
♀
11-2
♀
11-3
♀
7
♂
10
♂
23
♀
32
♀
Età
d’esordio
--
--
32
47
41
34
40
borderline
sana
Disturbi
motori
Disturbi
motori e
cognitivi,
Disturbi
psichiatrici
Disturbi
motori e
cognitivi
Disturbi
psichiatrici
19 - 46
19 - 46
19 - 46
17 - 46
17 - 46
17 - 46
22 - 46
fenotipo
CAG
Disturbi motori
e psichiatrici
gene
SNP
GRIN2A
rs1969060 (C/T)
T/T
C/T
C/T
C/C
T/T
C/T
T/T
GRIN2B
rs890 (T/G)
T/G
G/G
G/G
T/G
T/T
T/G
T/T
NRF1
rs7781972 (A/T)
T/T
T/T
A/T
T/T
T/T
A/A
T/T
UCHL1
rs5030732 (C/A)
C/C
C/C
C/C
C/A
C/A
C/C
C/C
In verde sono evidenziati gli SNPs riportati con effetto protettivo
In rosso sono evidenziati gli SNPs riportati con effetto peggiorativo
Prospettive future:
estendere lo studio ad altri 10 pazienti indipendenti
#6
#45
#19
#14-1
#14-2
Anno di nascita
#4
#42
#33
#26
#39
1985
Età
29
Età d’esordio
Fenotipo
Disturbi
motori
Disturbi
motori
Disturbi
motori
Disturbi
motori e
psichiatrici
Dati clinici: Prof. Giuseppe De Michele, Elena Salvatore
Dipartimento di Scienze Neurologiche, Università di Napoli Federico II
sana
Disturbi
psichiatrici
Disturbi
motori e
psichiatrici
Disturbi
motori e
psichiatrici
Disturbi
motori,
cognitivi e
psichiatrici
Disturbi
motori e
psichiatrici
Prospettive future:
analisi di potenziali geni modificatori con Next Generation
Sequencing
HAP1
Proteine che interagiscono HIP1
con l’huntingtina
ZDHHC17
Pathway autofagico
ATG7
Geni coinvolti in altre
malattie
neurodegenerative
UCHL1
KALRN
Geni in linkage al locus
HTT
Recettori
neurotrasmettitori
Fattori di trascrizione
MSX1
TBP
TCERG1
GRIN2A
Apoptosi
DFFB
GRIN2B
Regolazione del ciclo
cellulare
TP53
ADORA2A
GRIK2
CNR1
Trasduzione del segnale
Fattori di trascrizione
TFAM
Metabolismo energetico
APOE
NRF-1
PPARGC1A
MAP3K5, ASK1
MAP2K6
BDNF
OGG1
Stress ossidativo
SOD1
GPX1
CO1
Analisi di tutte le regioni codificanti e regolatorie dei geni selezionati
Scopo del progetto (II)
Sviluppo di un modello cellulare paziente-specifico:
cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs)
+Oct3/4
+Sox2
+Klf4
+L-Myc
+Lin28
http://www.sigmaaldrich.com/life-science/stem-cell-biology/ipsc.html
Linea cellulare iPS
• Modello cellulare paziente-specifico
• Differenziamento in cellule neuronali e gliali
• Approfondire i meccanismi molecolari che sottendono alle discordanze
genotipo – fenotipo mediante studi di trscrittomica e proteomica
differenziale
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