Dott. Alessandro Alidori

Dott.ssa Arianna Vignini

Scuola di Specializzazione in

Scienza Dell’Alimentazione

In tempi recenti il ruolo della medicina è profondamente cambiato, orientandosi in maniera sempre più decisa verso la prevenzione delle malattie cronico-degenerative.

Le grandi scoperte inerenti il genoma umano hanno permesso di comprendere meglio le interazioni geni-ambiente.

Dagli studi scientifici è emerso chiaramente che, nonostante tutti gli individui siano uguali per il 99,9% del loro patrimonio genetico, quello 0,1% di differenze fa sì che ogni individuo risponda in maniera unica agli stimoli ambientali, intesi come suscettibilità alle malattie o risposta all'alimentazione.

Le differenze genetiche tra individui sono spesso rappresentate da singole variazioni,dette Single Nucleotide Polymorphisms o SNPs;

Queste variazioni possono determinare modificazioni nella struttura dei geni e delle proteine da loro codificate, con modifica della loro attività.

I Test Genetici Predittivi consentono l'individuazione di polimorfismi genetici che non sono di per se stessi causa di malattia, ma comportano un aumento del rischio di sviluppare una patologia o uno scompenso metabolico in seguito all'esposizione a fattori ambientali sfavorevoli.

Il test predittivo non è in alcun modo diagnostico, cioè non è in grado di stabilire se una persona svilupperà o no una certa patologia, ma fornisce indicazioni che consentono di adottare misure preventive mirate e personalizzate in modo da aumentare la probabilità di mantenersi in buona salute.

Il test si basa sull’analisi di 50 polimorfismi genetici, localizzati su 36 geni, che esercitano un importante ruolo nei processi di:

-Metabolismo lipidico;

-Metabolismo energetico;

-Metabolismo dell’omocisteina;

-Risposta infiammatoria;

-Attività antiossidante e di detossificazione;

-Metabolismo osseo

E noto a tutti come un alterato metabolismo dei lipidi comporti una aumento del rischio di sviluppare diverse patologie fra le quali ipertensione, aterosclerosi e diabete.

Nel mantenimento di un corretto equilibrio lipidico la dieta svolge un ruolo fondamentale, tuttavia l'assorbimento ed il metabolismo dei grassi sono modulati dalla costituzione genetica individuale.

I geni coinvolti nel metabolismo lipidico sono:

-Gene dell’APOA1; -Gene dell’APOB; -Gene dell’APOC; -Gene dell’APOE; -Gene del CEPT; -Gene della Connessina 37; -Gene dell’HMGCoA reduttasi; -Gene della LPL; -Gene delle Metallproteinasi MP3 di matrice; -Gene della eNos; -Gene della Paraoxonasi; -Gene della SREBF2.

L’apolipoproteina A1 (APOA1) costituisce il maggiore componente proteico delle lipoproteine ad alta densità (HDL, il cosiddetto colesterolo buono).

Un frequente polimorfismo del gene APOA1 localizzatio nella regione promotore, -75G>A, modula l’espressione dell’apolipoproteina A1.

I portatori della variante allelica del polimorfismo -75G>A, possono aumentare il loro livello sierico di HDL in risposta ad una maggiore assunzione con la dieta di acidi grassi insaturi. Jeenah (1990) Mol Biol Med 7eenah (1990) Mol Biol Med 7.

L’Apo B-100 è la principale apoproteina delle VLDL e LDL.

Il complesso Apo B-100-LDL viene riconosciuto dai recettori di membrana per le LDL e quindi internalizzato nelle cellule.

Il gene che codifica l’Apo B-100 è soggetto a polimorfismi di cui, il più frequente (R3500Q), provoca una diminuzione dell’affinità del legame Apo B-100-“recettore LDL di membrana” per sostituzione dell’aminoacido Arginina �con una Glutamina in posizione 3500 tale da alterare la conformazione terziaria dell’ApoB100 Soria (1989) Proc Natl Acad Sci U S A 86, 587, con aumento del colesterolo LDL e del rischio di sviluppare ictus e infarti.

Il CETP è coinvolto nel metabolismo dei lipidi, mediando lo scambio di lipidi tra lipoproteine mediante il trasferimento di esteri del colesterolo dalle HDL alle lipoproteine ricche di trigliceridi, con conseguente riduzione dei livelli di HDL.

Il polimorfismo dell’introne 1 del gene CETP G279A aumenta le concentrazioni del CETP e riduce i livelli di HDL a favore di LDL e VLDL.

Un altro polimorfismo, G1533A, localizzato nell’esone 15 del gene CETP, che determina la variazione aminoacidica Arg->Gln a livello del codone 451, è anch’esso associato ad una aumentata attività plasmatici della CETP. Ridotti livelli di HDL sono associati ad un rischio aumentato di patologie cardiovascolari. Freeman et al.(1990), Clin Sci.;79:575-581; Kakko et al. (1998) Atherosclerosis. 136(2):233-40

Le metalloproteinasi sono una famiglia di enzimi importanti nel processo di rimodellamento della matrice extracellulare e nell’irrigidimento età-dipendente delle arterie, e quindi coinvolte nell’eziologia aterosclerotica e in particolare nell’evoluzione delle placche.

Nella zona del promotore (in posizione -1171)del gene MMP3, un membro della famiglia delle MMP, è stato individuato un polimorfismo (5A>6A) che influenza l’attività enzimatica di MMP3. L’allele 5A determina una maggiore attività ed è stato associato con un rischio maggiore di infarto al miocardio. Ye (1996) J Biol Chem271(22):13055-60

Nel sistema vascolare, l’ossido nitrico (NO), prodotto dall’ossido sintetasi endotelialie (eNOS ) esercita un ruolo importante in virtù delle sue proprietà vasodilatative ed antiaggreganti piastriniche.

E’ interessante analizzare i polimorfismi della eNOS.

Il polimorfismo -786 T>C della regione promotore del gene codificante ossido sintetasi endoteliale (NOS3) riduce la sintesi di NO endoteliale, suggerendo che i portatori di tale variazione nucleotidica sono predisposti all’insorgenza di patologie coronariche. Ma l’indicazione più importante è data dal fatto che questa riduzione è esacerbata dal fumo di sigaretta.

La variante missense Glu298Asp, presente a livello dell’esone 7 del gene NOS3, agirebbe in sinergia con il polimorfismo della regione promotore, aumentando ulteriormente il rischio di patologie coronariche.

Un raro polimorfismo VNTR localizzato a livello dell’introne 4 del gene NOS3 (Ins>Del Introne 4) rappresenta un fattore di rischio di infarto al miocardio (MI). La frequenza di questa variante si è mostrata significativamente più elevata (di circa 7 volte) in pazienti con MI senza conosciuti fattori di rischio secondari. Questa variante è stata inoltre associata con stenosi arteriosa, specialmente in associazione con il tradizionale fattore di rischio del fumo di sigaretta. Yoshimura (1998) Hum Genet 103, 65; Nakayama (1999) Circulation 99, 2864; Wang (1996) Nat Med;2:41-45.

La Paraoxonasi è una glicoproteina calcio-dipendente, che circola nelle lipoproteine ad alta densità (HDL), in grado di prevenire la perossidazione delle lipoproteine a bassa densità (LDL) e di contrastare pertanto il processo ateromasico. Il gene PON1, codificante tale proteina, appartiene ad una famiglia multigenica insieme ad altri due geni PON-simili, denominati PON2 e PON3, tutti localizzati sul braccio lungo del cromosoma 7. Sono noti diversi polimorfismi del cluster dei geni PON: il polimorfismo Gln192Arg nel gene PON1 è stato associato a rischio cardiovascolare, in quanto provoca una diminuzione della funzionalità di questo enzima. Ranade (2005) Stroke. 36(11):2346-50

I geni attualmente più studiati in ambito di obesità sono:

-Gene del recettore adrenergico Beta1;

-Gene del recettore adrenergico Beta 2;

-Gene del recettore adrenergico Beta 3;

-Gene del neuropeptide y (NPY );

- Gene del Recettore attivato dai proliferatori dei perossisomi gamma (PPAR gamma )

Recettore attivato dai proliferatori dei perossisomi - gamma (PPARG): polimorfismo Pro12Ala

PPAR-gamma (PPARG) è un recettore che notoriamente svolge un ruolo importante nella stimolazione del processo naturale del corpo alla base della regolazione del metabolismo lipidico e dei carboidrati, aumentando la sensibilità all’insulina.

Alcuni studi supportano un ruolo benefico del polimorfismo Pro12Ala, che è associato con una diminuzione del body mass index (BMI aumento dei livelli di HDL, aumento della sensibilità all’insulina e di conseguenza diminuzione del rischio di diabete mellito di tipo 2.

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Negli ultimi anni si vanno accumulando sempre maggiori evidenze scientifiche su come livelli clinicamente aumentati di omocisteina rappresentino un nuovo fattore indipendente di rischio cardiovascolare.

Il fumo di sigaretta e l’apporto dietetico di folati e vitamina B12 sono tra i principali determinanti delle concentrazioni plasmatiche di omocisteina.

L’omocisteina sembrerebbe indurre il danno vascolare tramite:

-diminuzione della produzione di NO da parte dell’endotelio;

-aumento della produzione di radicali liberi;

-aumento dell’aggregazione piastrinica con tendenza alla trombosi

MTHFR (Metilentetraidrofolatoreduttasi): polimorfismi C677T e A1298C

La metilentetraidrofolatoreduttasi (MTHFR) è un enzima coinvolto nella trasformazione del 5-10 metilentetraidrofolato in 5 metiltetraidrofolato che serve come donatore di metili per la rimetilazione della omocisteina a metionina tramite l'intervento della vitamina B12.

Accanto alla deficienza grave di MTHFR è stato identificato un polimorfismo genetico comune, dovuto alla sostituzione di una C (citosina) in T (timina) al nucleotide 677 (C677T), che causa una sostituzione di una alanina in valina nella proteina finale ed una riduzione dell'attività enzimatica della MTHFR pari al 50% ,fino al 30% in condizioni di esposizione al calore (variante termolabile).

Tale variante comporta livelli elevati nel sangue di omocisteina specie dopo carico orale di metionina.

Questo polimorfismo, tuttavia, non ha conseguenze sui livelli di omocisteina se il contenuto di folati della dieta è elevato, ma si associa a iperomocisteinemia se il contenuto di acido folico della dieta è scarso.

Recentemente, una seconda mutazione del gene MTHFR (A1298C) è stata associata ad una ridotta attività enzimatica (circa il 60% singolarmente; circa il 40% se presente in associazione alla mutazione C677T). Questa mutazione, in pazienti portatori della mutazione C677T, determina un'aumento dei livelli ematici di omocisteina.

E’ noto da molti anni che la deposizione di grassi derivati dal colesterolo nella parete dei vasi induce un’attivazione di cellule normalmente presenti in questa zona dei vasi denominati macrofagi.

Il macrofago dopo ingestione di questo materiale viene attivato e induce un’anomala risposta infiammatoria nella parete del vaso che col tempo porta alla formazione della placca aterosclerotica e alle alterazioni vasali tipiche dell’aterosclerosi.

I polimorfismi più studiati riguardo i geni coinvolti nella risposta infiammatoria sono:

-Interleuchina-1B (IL-1B): polimorfismo -511 C-T ;

-Interleuchina-6 (IL-6): mutazioni G-634C e G-174C ;

-Interleuchina-10 (IL-10): mutazione G-1082A ;

-Fattore di necrosi tumorale alfa (TNFα): polimorfismo -308 G-A .

Tutti questi polimorfismi sono associati soprattutto ad un aumento dello status infiammatorio nonché di incidenza di infarto del miocardio.

L’attività antiossidante aiuta a combattere i danni causati dai radicali liberi, (RL) che rappresentano lo scarto delle reazioni del metabolismo umano.

Tali molecole sono altamente reattive e possono indurre un invecchiamento precoce dei tessuti, dalla pelle agli organi interni, delle vene e arterie, malattie cardiovascolari come ictus e infarto cardiaco, fino a malattie altamente degenerative come alcuni tipi di tumori.

Alcuni polimorfismi presenti in geni specifici possono alterare la produzione e la funzione degli enzimi antiossidanti.

I polimorfismi genetici attualmente più studiati sono:

-SOD manganese dipendente:polimorfismiC(-28)T e T175C;

-SOD 3, polimorfismo C760G

-Glutatione S transferasi P1, M1, T1.

Tutti questi polimorfismi sono caratterizzati da una diminuzione dei processi antiossidanti e di detossificazione con un aumento del rischio di sviluppare tumori e CHD.

Il picco di massa ossea che si osserva tra i 20 e 30 anni di età è determinato in gran parte da fattori genetici come pure la velocità con cui si riduce la massa ossea in seguito alla menopausa o all'invecchiamento.

Inoltre durante la vita si possono accumulare fattori di rischio ambientali che possono risultare determinanti per l'insorgere della malattia.

Dunque la patogenesi dell'osteoporosi è il risultato di complesse interazioni fra predisposizione genetica e fattori di rischio ambientali e a tal proposito studi su gemelli e famiglie osteoporotiche indicano che il contributo genetico alla patogenesi dell’osteoporosi è responsabile del 75-85% della variabilità

interindividuale della BMD.

In particolare diversi polimorfismi inerenti il metabolismo osseo sono stati sino ad ora identificati ed analizzati; i più importanti sono :

-Polimorfismi dei geni che codificano per il recettore della vitamina D (VDR);

-Polimorfismi del gene codificante per il Collagene IA1 (COLIA1);

-Polimorfismi dei geni che codificano per il recettore della calcitonina (CTR);

-Polimorfismi dei geni che codificano per il recettore degli estrogeni (ESR);

RECETTORE DELLA VITAMINA D (VDR): POLIMORFISMI FOK1, BSMI, E TAQI

Gli effetti della Vitamina D sono mediati dal suo recettore nucleare (VDR).

Il polimorfismo Fok1 consiste in una sostituzione nucleotidica T-C a livello del codone di inizio della traduzione del gene VDR (ATGACG). Tale polimorfismo determina un aumento dell’attivazione della trascrizione del recettore con diminuzione del rischio di osteoporosi.

Anche i fattori ambientali, come l’assunzione di calcio giornaliero, possono

modulare gli effetti dei genotipi di FokI sulla BMD.

Il polimorfismo BsmI, localizzato nell’introne 8 del gene VDR e consistente in una variazione nucleotidica A-G, è associato invece alla variazione della stabilità del trascritto e ad un aumentato rischio di sviluppare osteoporosi per diminuzione dell’assorbimento intestinale di calcio.

Il polimorfismo TaqI, localizzato nell’esone 9 del gene VDR, a livello del codone 352, consiste in una variazione nucleotidica T-C tale da provocare un aumento del turnover delle cellule ossee con conseguente aumento del rischio di osteoporosi.

Collagene di tipo I (COLIA1): polimorfismo introne 1 2046G-T

Il collagene di tipo I è il maggiore componente organico (90%) della matrice ossea ed è interessante l’analisi del polimorfismo dell’introne 1 2046G-T che sembrerebbe provocare un’alterata produzione di collageno con conseguente riduzione del picco di massa ossea, dello spessore delle trabecole e quindi un aumento del rischio di fratture osteoporotiche.

Recettore della calcitonina (CTR): polimorfismo PRO463LEU

Un altro gene più recentemente studiato nell’osteoporosi è quello del recettore della calcitonina (CTR).E’ stato identificato un polimorfismo del gene del CTR consistente in una variazione nucleotidica C-T a livello del codone 463 (PRO463LEU) tale da provocare una diminuzione della sensibilità recettoriale alla calcitonina con conseguente aumento del rischio di sviluppare osteoporosi. Masi (1998) Biochem Biophys Res Commun 248, 190

Recettore Estrogenico 1 (ESR1): polimorfismi PvuII (IVS1-397 T/C) e XbaI (IVS1-351 A/G)

Gli estrogeni sono indispensabili per l’acquisizione del picco di massa ossea in entrambi i sessi e per il suo mantenimento negli adulti. Condizioni patologiche associate ad un deficit prematuro degli estrogeni accelerano la perdita della massa ossea.

Il deficit estrogenico è la causa principale d’Osteoporosi postmenopausale e gioca un ruolo importante anche nell’Osteoporosi senile, causando in entrambi i casi una maggiore incidenza di fratture dovute alla fragilità delle ossa.

Nel gene ESR1 (6q25) sono stati descritti diversi polimorfismi, ma tutti gli studi di associazione si focalizzano su 2 di essi, localizzati a livello delll’introne 1 (riconosciuti da PvuII e XbaI e chiamati rispettivamente P-p e X-x, in base alla presenza o assenza

del sito di restrizione).

Entrambi questi polimorfismi sono associati ad una diminuzione dell’affinità recettoriale per gli estrogeni e quindi ad un aumento del rischio di osteoporosi.

LO STUDIO DEI POLIMORFISMI SARA’ LA MEDICINA DEL FUTURO?