Classificazione, fattori genetici e ambientali implicati nell'insorgenza dei difetti del tubo neurale

F NTD

ATTORI GENETICI E NON GENETICI ALLA BASE DEI

Allo sviluppo del tubo neurale contribuiscono sia fattori genetici che ambientali.

Tuttavia, la base genetica non è stata ancora ben compresa, ma sono stati

identificati diversi fattori di rischio non genetici legati soprattutto allo stile di

vita e all’alimentazione nel periodo di gestazione (Greene, et al., 2014).

I NTD sono tra i difetti congeniti più comuni in tutto il mondo con una

prevalenza che varia da 0,5 a più di 10 su 1.000 gravidanze.

Questa variabilità, probabilmente, riflette contributi diversi da fattori di rischio

come stato nutrizionale, prevalenza di obesità e diabete, integrazione di acido

folico, presenza di sostanze tossiche ambientali e diversa predisposizione

genetica tra gruppi etnici (Greene, et al., 2014).

Nella maggior parte delle popolazioni, c'è anche una parzialità di genere

sorprendente: l'anencefalia è più diffusa tra le femmine rispetto ai maschi. Molti

ceppi di topi affetti da NTD mostrano una preponderanza femminile tra i NTD

cranici, apparentemente riflettendo una fondamentale maggiore sensibilità

della chiusura del tubo neurale craniale al disturbo negli embrioni femminili

(Juriloff, et al., 2012b).

Nel complesso, sebbene gli studi abbiano identificato numerosi fattori di rischio,

questi possono rappresentare meno della metà delle NTD, suggerendo che

ulteriori fattori genetici e non genetici restano da identificare (Agopian, et al.,

2013).

1. Basi genetiche dei NTD

La maggior parte dei NTD si verificano sporadicamente (Greene, et al., 2014).

Tuttavia, forti evidenze dimostrano una componente genetica nell'eziologia

delle NTD e, in particolare, il modello di ereditarietà multifattoriale poligenico o

oligogenico, in contrasto con un effetto di singoli geni con penetranza

incompleta (Harris, et al., 2007).

La maggior parte degli studi sulla genetica dei NTD si sono concentrati su uno o

più geni, in particolare. In generale, i geni in questione sono geni ortologhi

umani la cui mutazione causa NTD nei topi e di cui ci sono più di 200 esempi

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Capitolo 3. Fattori genetici e non genetici alla base dei NTD

oppure geni relativi a fattori di rischio ambientale, in particolar modo coinvolti

nel metabolismo dei folati (Greene, et al., 2014).

Tuttavia, l'assegnazione definitiva di una variante genetica come causale è

complicata dall'apparente natura multigenica delle NTD e dal gran numero di

possibili geni candidati, geni modificatori, fattori epigenetici e influenze

ambientali (Greene, et al., 2014).

Inoltre, laddove presunte mutazioni sono state identificate in geni specifici,

ciascuna è coinvolta solo in una piccola percentuale di pazienti con NTD,

suggerendo che esiste una notevole eterogeneità alla base della genetica dei

NTD (Greene, et al., 2014).

Pertanto, sebbene le basi morfologiche e cellulari della chiusura del tubo

neurale siano rese sempre più note, la base genetica delle NTD nei singoli casi

rimane in gran parte poco chiara (Greene, et al., 2014).

1.1 Evidenza dell’implicazione di alcuni geni in determinati modelli

sperimentali

Nei topi, la mutazione di geni che codificano componenti del pathway PCP

(Planar Cell Polarity) causa NTD (Tabella 1).

In concomitanza con l'inizio della chiusura del tubo neurale, la placca neurale

subisce un restringimento nell'asse medio-laterale (convergenza) e

allungamento nell'asse rostro-caudale (estensione), a causa dell'intercalazione

delle cellule sulla linea mediana (Keller, 2002). L'estensione convergente

dipende dall'attività di una via di segnalazione di Wnt non canonica, omologa

alla via di polarità delle cellule planari (PCP) (Goodrich, et al., 2011). La

segnalazione avviene tramite recettori di membrana Frizzled (Fzd) e

citoplasmatici Disheveled (Dvl) ma senza stabilizzazione di β-catenina (Greene,

et al., 2014).

La rottura funzionale dei mediatori PCP impedisce l'estensione convergente e la

piastra neurale rimane ampia negli embrioni di Xenopus (Wallingford, et al.,

2001) e di topo (Ybot-Gonzalez et al., 2007). Quindi, la chiusura fallisce,

portando a craniorachischisi nei topi omozigoti per le mutazioni nei geni PCP

principali tra cui Vangl2 e Celsr1, o doppi mutanti per Dvl-1 e -2, o Fzd-3 e -6

(Juriloff, et al., 2012a). 27

Capitolo 3. Fattori genetici e non genetici alla base dei NTD

La craniorachischisi deriva anche dalla mutazione dei geni correlati a PCP, come

Scrb1 (Murdoch, et al., 2001) e Ptk7 (Lu, et al. 2004) o dei geni che codificano

proteine accessorie, come Sec24b, che influenzano il trasporto di Vangl2

(Merte, et al., 2010).

In definitiva, il fallimento dell'inizio della chiusura in embrioni mutanti PCP si

ritiene derivi da un'insufficiente vicinanza delle pieghe neurali, a causa della

linea mediana allargata (Greene, et al., 2014).

Il sequenziamento dei geni PCP nell'uomo ha identificato mutazioni in CELSR1,

Vangl1, Vangl2, Fzd-6, Scrib1 e Dvl-2 in alcuni pazienti con craniorachischisi,

spina bifida, anencefalia o forme chiuse di spina bifida (Chandler, et al., 2012).

Come nei topi, le mutazioni PCP umane eterozigote possono interagire con altri

fattori di rischio genetici NTD in modo digenico o poligenico per causare una

serie di tipi di NTD (Robinson, et al., 2012). Questa interazione potrebbe

implicare la somma di più varianti nei geni PCP (Lei, et al., 2013). Ad esempio,

una putativa mutazione in Dvl-2 è stata identificata in un paziente con spina

bifida in combinazione con una seconda variante missenso precedentemente

identificata in Vangl2 (De Marco, et al., 2013).

Per quanto concerne gli altri geni implicati nelle NTD nei modelli murini, gli studi

di associazione non hanno fornito prove per un importante contributo al rischio

di insorgenza. Poiché nuovi dati cominciano ad emergere dagli studi di

sequenziamento dell'esoma su larga scala dei pazienti con NTD, sarà possibile

valutare il contributo di più geni nelle stesse coorti di pazienti e il carico

mutazionale associato al rischio individuale (Greene, et al., 2014).

Tabella 1. Geni del pathway PCP coinvolti nell’insorgenza dei NTD. 28

Capitolo 3. Fattori genetici e non genetici alla base dei NTD

1.2 Casi familiari e ruolo della consanguineità

Nei paesi arabi si osserva una certa incidenza di NTD tra consanguinei (Salih, et

al., 2014). Le unioni intrafamiliari rappresentano collettivamente dal 20 al 50%

di tutti i matrimoni nella maggior parte delle comunità del Nord Africa, del

Medio Oriente e dell'Asia occidentale (Hamamy, et al., 2011). Ci si riferisce a

famiglie in cui più membri sono stati colpiti da un ampio spettro di NTD,

suggerendo la possibilità di una comune eziologia genetica (Sebold, et al., 2005).

È stata osservata un'incidenza insolitamente elevata (3.7 - 6.96 / 1000) di NTD

tra gli egiziani, ed è stata attribuita all'alto coefficiente di inbreeding (Khalifa,

1997).

Si è osservato che circa il 9% dei pazienti affetti da NTD hanno un parente

stretto con una condizione simile, il 16% aveva altre anormalità associate a quel

modello di malformazione presente in famiglia o una sindrome identificabile. La

maggior parte delle componenti di queste sindromi erano presenti anche in altri

membri della famiglia.

La consanguineità è, dunque, risultata essere notevolmente alta (69%) tra 42

famiglie arabe palestinesi con NTD aperti (Zlotogora, 1997). Si tratta di un tasso

di consanguineità del 44,3%, il più alto osservato nella popolazione generale.

Nell'Oman (Rajab et al., 1998) sono stati riscontrati tassi di consanguineità

molto più elevati nelle famiglie con NTD e idrocefalo congenito rispetto alla

popolazione generale, mentre in Algeria (Houcher, et al., 2012), Iraq (Al-Ani, et

al., 2010) e Arabia Saudita (Seidahmed, et al., 2014), analoghi livelli di

prevalenza di consanguineità sono stati suggeriti per contribuire all'elevata

incidenza di Difetti del Tubo Neurale (Murshid, 2000).

In conclusione, è stato suggerito che la consanguineità contribuisca all'elevata

incidenza di NTD in diversi paesi, compresa l'Arabia Saudita (Salih, et al., 2014).

La predisposizione genetica costituisce il principale fattore di rischio, con una

forte implicazione di geni che regolano il metabolismo monocarbonioso del

folato e il PCP (Salih, et al., 2014). 29

Capitolo 3. Fattori genetici e non genetici alla base dei NTD

2. Fattori non genetici alla base dei NTD

È interessante notare che alcuni dati sui fattori di rischio per lo sviluppo di NTD

provengono da sistemi modello piuttosto che dall'essere umano (Loeken, 2005).

Questi determinanti possono essere di varia natura. Si parla di difetti metabolici,

quale il diabete, fattori legati allo stile di vita come lo stress ossidativo e

l’esposizione ad agenti teratogeni.

2.1 Diabete e obesità materni

In generale, i fattori di rischio riconosciuti associati agli NTD includono il diabete

materno (Mills, 1982) e l'obesità materna (definita come indice di massa

corporea ≥30). Le donne obese hanno un rischio di 1,5-3,5 volte di avere un

bambino con NTD rispetto alle donne di peso normale (Chen, 2008). Il diabete

materno causa NTD e altri difetti alla nascita interrompendo l'espressione di

geni che controllano i processi di sviluppo essenziali (Loeken, 2004).

L'obesità materna e il diabete sono fattori di rischio ben noti per le NTD (Correa,

et al., 2003). La determinazione della causa dei NTD correlati al diabete è

ostacolata dalla complessità dell'ambiente diabetico, sebbene l'iperglicemia da

sola sia sufficiente a causare NTD negli embrioni di roditori coltivati (Greene, et

al., 2014).

2.2 Stress Ossidativo

Sono anche coinvolti lo stress ossidativo e antiossidanti compresa la vitamina

E e la vitamina C: una combinazione di antiossidanti e lipidi o N-acetilcisteina,

potrebbe avere un impatto protettivo sull'esito della gravidanza (Loeken,

2005).

I NTD possono derivare, contemporaneamente, da un aumento dello stress

ossidativo, dall'espressione alterata di geni come Pax3 e dall'apoptosi delle

cellule neuroepiteliali (Fine, et al., 1999). Recenti scoperte suggeriscono che

l'attivazione dell'apoptosi da parte di ASK1 (Apoptosis Signal-Regulating

Kinase 1) in condizioni iperglicemiche porta all'attivazione della caspasi 8

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Capitolo 3. Fattori genetici e non genetici alla base dei NTD

mediatore dell'apoptosi stimolando il fattore di trascrizione FoxO3a (Yang, et

al., 2013).

2.3 Agenti teratogeni

Vari agenti teratogeni inducono NTD nei modelli di roditori (Copp, et al., 1990).

Inoltre, è stato documentato che l'esposizione materna a determinati teratogeni

possa incrementar