Genetica in Geriatria: dalla diagnosi precoce alla terapia · 2018-01-03 · L’esistenza di...

Dott. Davide SeripaDipartimento di Scienze Mediche

Unità Operativa di Geriatria & Laboratorio di Gerontologia-Geriatria

Genetica in Geriatria:dalla diagnosi precoce alla terapia

55° Congresso della Società Italiana di Gerontologia e Geriatria*****

Firenze, 30/11/10 - 4/12/10.

ISTITUTO DI RICOVERO E CURA A CARATTERE SCIENTIFICO

Ospedale “Casa Sollievo della Sofferenza”Opera di San Pio da Pietrelcina, 71013 San Giovanni Rotondo (FG) – http://www.operapadrepio.it



La genetica e il tempo

Il processo di invecchiamento mostra grande eterogeneità tra gli individui

Nonostante sia un processo comune a tutti gli individui, esso differisce da

individuo a individuo.



Una data coorte di nascite in un dato paese mostra un’ampia variazione della durata della vita. Capire quale percentuale di questa variazione èdovuta a differenze genetiche tra gli individui e capire il ruolo di specifici fattori genetici in questa variabilità èfondamentale per capire la genetica dell’invecchiamento.



Christensen K, Johnson TE, Vaupel JW. The quest for genetic determinants of human longevity: challenges and insights. Nat Rev Genet 2006;7:436-448.

Studi su gemelli vissuti nelle stesse condizionisocio-economiche ed ambientali hanno dimostrato che

il 25-30% di questa eterogeneità nella durata della vita è dovuta a fattori genetici.

L’esistenza di questi geni è stata dimostrata studiando le sindromi progeroidi.

Questo fa supporre l’esistenza di geni che possono influenzare il processo di invecchiamento.



Sindrome di Werner(progeria dell’adulto)

Sindrome di Hutchinson-Gilford(progeria dell’infanzia)





La sindrome di Hutchinson-Gilford (HGPS) è un disordine infantile causato dalla mutazione C1824→T nel gene della Lamina A (LMNA) al locus 1q21.2.

Sindrome di Hutchinson-Gilford

La sindrome di Werner (WRN) è un disordine dell’età giovanile causato da mutazioni nel gene RECQL2 (8p12-p11.2) che codifica una DNA elicasi.

Sindromedi Werner



Nature Reviews – Molecular Cell Biology 2010;11:567-578.

Le sindromi progeroidi1)Mostrano solo uno o alcuni tratti fenotipici dell’invecchiamento fisiologico.2)Per la maggior parte mostrano tratti fenotipici non caratteristici dell’invecchiamento fisiologico.3)Sono causate da eventi severi (mutazioni geniche) che non sono mai presenti nell’invecchiamento fisiologico.4)Rispetto alle 3.000 sindromi con segni fenotipici di progeria, non è mai stata caratterizzata una sindrome con un fenotipo longevo.5)Raramente sono state caratterizzate mutazioni che conferiscono longevità, ma sempre relative ad una singola via metabolica.6)Queste mutazioni influenzano una singola via metabolica rispetto a tutti quelli coinvolti nell’invecchiamento fisiologico.



Geni che possonoinfluenzare il processo di invecchiamento

1) Geni che causano invecchiamento precoce (aging genes).2) Geni che aumentano le aspettative di vita o la life-span

(longevity genes).3) Geni che influenzano il tasso di invecchiamento fisiologico o

il rischio di malattie ad insorgenza tardiva.

Butler RN, Austad SN, Barzilai N, Braun A, Helfand S, Larsen PL, McCormick AM, Perls TT, Shuldiner AR, Sprott RL, Warner HR. Longevity genes: from primitive organisms to humans. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2003l;58:581-584.



Geni che causano invecchiamento precoceLa presenza di tali geni diminuirebbe la fitness riproduttiva della specie, e andrebbero quindi incontro a selezione negativa.

Geni che causano longevitàLa presenza di tali geni aumenterebbe la capacità riproduttiva della specie, e andrebbero quindi incontro a selezione positiva.



Geni che alterano l’invecchiamento fisiologico modulando il rischio di malattie ad insorgenza tardiva

o modulando il normale invecchiamento fisiologicoQuesti geni influenzano drasticamente le aspettative di vita della popolazione, e probabilmente ci possono dare informazioni importanti sulla genetica dell’invecchiamento. Polimorfismi in questi geni possono rappresentare quella miriade di piccoli eventi genetici semplici che possono conferire un fenotipo di invecchiamento patologico, di successo o longevo.

(es. geni comuni invecchiamento/tumori, oppure il polimorfismo dell’apoE)





I polimorfismi

Variazioni nei geni

Severe Non-severe

Mutazioni Polimorfismi

Responsabili del fenotipoosservato

Contribuiscono in parteal fenotipo osservato

Malattie complesse InvecchiamentoMalattie mendeliane



Sindromi genetiche

Gelehrter, Collins, Ginsburg: Principles of Medical Genetics, Williams & Wilkins, Baltimore 1998

Expression of genetic disease according to age



I polimorfismi nell’invecchiamento sano



1344 anziani sani64 centenari

Il quarto allele del polimorfismo dell’apoE

T3937

T4075

ε2

C3937

C4075

ε4

T3937

C4075

ε3

C3937

T4075

ε3r

rs429358

rs7412

Cys112

Cys158

E2

Arg112

Arg158

E4

Cys112

Arg158

E3

CGC (Arg)→TGC (Cys)

Arg112

Cys158

E3r



ε3r/ε4 ε2/ε3

ε2/ε4

? ?I

II

III

1 2

1 2

1

ε3/ε4

2

Famiglie ε3r



Cys112

Cys158

ApoE2

Cys112

Arg158

ApoE3

Arg112

Cys158

ApoE3R

Arg112

Arg158

ApoE4



• L’allele ε3r è raro. Fino ad oggi è stato caratterizzato solo in 4 famiglie, di cui 3 italiane caucasiche. Questo suggerisce la presenza di un effetto fondatore nel nostro paese.

• Non ha nessuna influenza sull’assetto lipidico.• Non sembra essere associato a nessuna patologia.• L’isoforma E3r ha la stessa carica elettrica

dell’isoforma E3, la più comune nella popolazione.• È un allele che potrebbe andare incontro a selezione

positiva, come è stato per l’ε3.

L’allele APOE ε3r





P = 0.030

Uomini Donne

(N = 2128)

Functional disability

YesNo

I polimorfismi nell’invecchiamento patologico

Age 2010



(N = 2124)

Welsh-Bohmer KA, Gearing M, Saunders AM, Roses AD, Mirra S. Apolipoprotein E genotypes in a neuropathological series from the Consortium to Establish a Registry for Alzheimer’s Disease. Ann Neurol 1997;42:319-325.

Saunders AM, Hulette O, Welsh-Bohmer KA, Schmechel DE, Crain B, Burke JR, Alberts MJ, Strittmatter WJ, Breitner JC, Rosenberg C. Specificity, sensitivity, and predictive value of apolipoprotein-E genotyping for sporadic Alzheimer’s disease. Lancet 1996;348:90 –93.

Tsuang D, Larson EB, Bowen J, McCormick W, Teri L, Nochlin D, Leverenz JB, Peskind ER, Lim A, Raskind MA, Thompson ML, Mirra SS, Gearing M, Schellenberg GD, Kukull W. The utility of apolipoprotein E genotyping in the diagnosis of Alzheimer disease in a community-based case series. Arch Neurol 1999;56:1489-1495.



APOE e Alzheimer

La diagnosi di malattia di Alzheimer sporadica rimane una diagnosi probabile (criteri NINCDS-ADRDA), con una certezza

che sia la diagnosi giusta di circa il 55%!

L’analisi del genotipo APOEgarantisce che la diagnosi di Alzheimer sia quella giusta

al 84% in pazienti ε3/ε4, e al 97% in pazienti ε4/ε4.



Pazienti AD (n = 169) Controlli (n = 99)





Nature Genetics 2009;41:1094-1100.



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Psicotici Affettivi Iperattivi Apatici

Non-E4E4

P = 0.012P = 0.011

AD(n = 201)

Questo polimorfismo(rs1080985)

non è un polimorfismofunzionale!



(n = 69) (n = 46)

I polimorfismi nella terapia

N = 552 screened339 men/213 women

Age ≥ 65 years

Refusal to enterin the study or to sign the informed consent

(n = 32)

Symptoms of depression,obsessive-compulsive disorders and anxiety

(n = 96)

Diagnosis of MCI(MMSE score 24-27,

CDR = 0.5)(n = 31)

Concomitant assumption of drugsextensively metabolized

by CYP2D6(n = 27)

Did not fulfillthe inclusion

criteria(n = 301)

N = 6527 men/38 women

mean age 75.46 ± 8.39(donepezil 5mg/daily for 1 month)

Donepezil 10mg/daily for 5 months(n = 57)

Responders(n = 38)

Non-responders(n = 19)

Patients who dropped out from the study due to side effects.

Dizziness(n = 2)

Diarrhea(n = 1)

Abdominal pain(n = 2)

Nausea and vomiting(n = 2)

Bradycardia(n = 1)



Chromosome SNP ID DNA Protein CYP2D6 Enzyme activity Enzyme activity Assigned Identifiedposition(#) change change allele (in vivo)(§,¶) (in vitro)(§,¶,†) enzyme activity in the study (‡)

40,853,749 rs28371725 G2,988→A Splicing defect *41 Decreased (s) Decreased(##) ↓ Yes (R,NR)

40,853,802 rs5030867 A2,935→C His324→Pro *7 None (s) N.D. ↓ No

40,853,887 rs16947 C2,850→T Arg296→Cys *2 Normal (d,dx,s) Normal (b,dx) ↔ Yes (R,NR)

40,854,120 rs5030656 2,615-2,617delAAG Lys281del *9 Decreased (b,d,s) Decreased (b,d,s) ↓ Yes (R)

40,854,188 rs35742686 2,549delA 259 Frameshift *3 None (d,s) None (b) ↓ Yes (R,NR)

40,854,891 rs3892097 G1,846→A Splicing defect *4 None (d,s) None (b) ↓ Yes (R,NR)

40,854,979 rs5030865 G1,758→T Gly169→STOP *8 None (d,s) N.D. ↓ No

40,854,979 rs5030865 G1,758→A Gly169→Arg *14 None (d) None (b,dx) ↓ No

40,855,030 rs5030655 1,707delT 118 Frameshift *6 None (d,dx) N.D. ↓ Yes (R,NR)

40,855,078 rs61736512 G1,659→A Val136→Met *29 Decreased(##) Decreased(##) ↓ Yes (R)

40,855,716 rs28371706 C1,023→T Thr107→Ile *17 Decreased (d) Decreased (b) ↓ No

40,856,614 rs5030862 G124→A Gly42→Arg *12 None (s) N.D. ↓ No

40,856,638 rs1065852 C100→T Pro34→Ser *10 Decreased (s) Decreased (b,dx) ↓ Yes (R,NR)

40,858,326 rs1080985 C-1584→G -- *2A Normal (d,dx,s) Normal (b,dx) ↔ Yes (R,NR)

22q13.1 -- Gene duplication -- *1XN Increased (##) N.D. ↑ Yes (R,NR)

22q13.1 -- Gene deletion -- *5 None (d,s) N.D. ↓ Yes (R)(#) Number of bases from pter on the minus DNA strand.

(§)As reported by the home page of The Human Cytochrome P450 (CYP) Allele Nomenclature Commi ttee.

(¶)Assessed by using the metabolic probes bufuralol (b), desbrisoquine (d), dextrometorphan (dx), sparteine (s).

(†)N.D.: Not determined.

(‡)R: Responders; NR: Non-responders.

(##)Assessed with a non-specified metabolic probe.



P = 0.005

Polimorfismi funzionali nel gene CYP2D6



Conclusioni (CYP2D6 e donepezil)•Varianti genetiche del CYP2D6 associate ad una ridotta/assente attivitàenzimatica risultano associate ad una risposta al trattamento con donepezil.•Sono necessari studi ulteriori sui polimorfismi nei geni CYP3A4 e CYP2A1 per identificare in maniera definitiva il set genetico di pazienti Alzheimer che rispondono/non-rispondono al trattamento con donepezil.



rs140701(A→G)

rs4795541 (22bp tandem repeat)

rs3813034(C→A)

Il polimorfismo 5HTTLPR nel genetrasportatore della serotonina



P = 0.023

P = 0.029

Risposta al trattamento con SSRI(164 responders e 70 non-responders)





Questo polimorfismo in realtà è una VNTR(Variable Number of Tandem Repeat)

di 23 basi che può mostrare diversi alleli

L/L

L/S

L/L

XL/L

L/S

L/L

Allele L: 16 ripetizioniAllele S: 14 ripetizioni

L/S

L/S

L/S

S/XS

L/L

S/S

L/S

Allele XL: 16 ripetizioniAllele XS: 13 ripetizioni

Effetto dose?

XL/L L/S

L/L

? ?I

II

III

1 2

1 2

1

L/S2

Famiglie 5HTTLPR





Conclusioni (5HTTLPR e SSRI)• L’analisi del locus genico SLC6A4, ed in particolare dello SNP

rs4795541, può essere utile nell’identificare sottogruppi di pazienti con LO-MDD che hanno differente risposta al trattamento con SSRI.• Studi ulteriori su campioni più ampi sono necessari per valutare

l’utilità clinica dell’analisi del locus genico SLC6A4 in pazienti anziani con depressione che necessitano di un trattamento con SSRI.



Polimorfismi e ADRI polimorfismi rs1799853 e rs1057910 nel gene del CYP2C9 nell’emorragia

gastroduodenale conseguente all’uso di FANS



Risultati

P = 0.

036

OR = 3.

8 (1.0

90 –

13.19

0)P =

0.00

1

OR = 12

.9 (2

.917 –

57.92

2)



Conclusioni (polimorfismi e ADR)•Il genotipo del gene CYP2C9 può essere utile ad identificare sottogruppi di soggetti che potenzialmente hanno un maggior rischio di EGD quando vengono trattati con FANS metabolizzati dal CYP2C9•Sono comunque necessari studi ulteriori per valutare l’efficacia di una strategia che impiega il genotipo del gene CYP2C9 in soggetti sottoposti a terapia con FANS prima di introdurre questa analisinella pratica clinica.

Conclusioni generali sul ruolo dei polimorfismi nella terapia•Lo scopo unico di uno studio di farmacogenetica non è un’associazione statistica, ma l’identificazione di un set genetico ad personam.•Questo è particolarmente importante in pazienti pluritrattati (ad es. gli anziani), esposti ad un alto rischio di reazione avversa.•Per le conoscenze genetiche e tecnologiche attuali siamo ampiamente in grado di introdurre le analisi di farmacogenetica nella pratica clinica.



Conclusioni finali• E’ difficile identificare un ruolo per degli eventi severi (mutazioni

del DNA) nell’invecchiamento sano e patologico.• Questo non depone a favore dell’esistenza di geni per

l’invecchiamento precoce (aging genes) e per la longevità (longevity genes) o comunque di geni che svolgono un ruolo cardine in questi processi considerati nel loro insieme.

• Contrariamente, si è dimostrato ampiamente che polimorfismi in geni comuni possono contribuire in maniera importante all’invecchiamento sano e patologico.

• L’analisi di polimorfismi può essere utile nella pratica clinica per la diagnosi e nella cura di patologie geriatriche.





Inclusione negli indici di valutazione multidimensionale di un item che tenga conto delle caratteristiche genetiche dell’individuo (ad es. APOE).

L’indice prognostico multidimensionale



La genetica e l’indice prognostico multidimensionale



L’indice prognostico multidimensionalee il polimorfismo dell’APOE

P = 0.008

P = 0.008



L’indice prognostico multidimensionalee il polimorfismo dell’ACE

P = 0.015



Conclusioni riguardo l’introduzione della variabile genetica nella valutazione

multidimensionale•È possibile inserire la variabile genetica nella valutazione multidimensionale.

•Nel prossimo futuro è necessario:1. Inserire la variabile genetica nei vari indici di valutazione

per stimare il grado di predittività;2. Valutare la predittività degli stessi indici inserendo diversi

polimorfismi.



Carolina Gravina(tecnico di laboratorio)

Davide Seripa(biologo)

Giulia H. Paroni(biologo)

Alberto Pilotto(primario)

Maria Urbano(tecnico di laboratorio)

Filomena Addante(medico)

Maria Grazia Longo(medico)

Grazia D’Onofrio(psicologo)

Leandro Cascavilla(medico)

Carlo Scarcelli(medico)

Valeria Niro(medico)

Michele Corritore(medico)

Genetica in Geriatria: dalla diagnosi precoce alla terapia · 2018-01-03 · L’esistenza di...

Documents

Transcript of Genetica in Geriatria: dalla diagnosi precoce alla terapia · 2018-01-03 · L’esistenza di...