CAPITOLO 2EZIOLOGIA DELLE CARDIOPATIE CONGENITE

CAPITOLO 2 EZIOLOGIA DELLE CARDIOPATIE CONGENITE

Nonostante la rilevanza epidemiologica delle cardiopatie congenite (CC), la loro eziologia rimane ancora sconosciuta.

Circa il 10% di tutte le CC è associato a quadri sindromici ben definiti e la causa primaria della cardiopatia è la stessa della sindrome e può essere imputabile ad aberrazioni cromosomiche, come delezioni o duplicazioni. In altri casi le CC seguono un modello di ereditarietà monogenica, molto spesso con una penetranza del 100%, come nella sindrome di Holt-Oram e di Noonan, mentre la maggior parte delle CC si manifestano in forma sporadica e non-sindromica (Shieh JTC and Srivastava D.,2009).

La patogenesi della maggior parte delle CC rimane al momento non definita e rappresenta una priorità di ricerca di rilevante interesse clinico e scientifico.

Negli ultimi anni, studi condotti su modelli animali di topi knockout hanno permesso di identificare un gruppo di fattori di trascrizione altamente conservato nel corso dell'evoluzione, i quali sembrano svolgere un ruolo cruciale nel processo di maturazione delle cavità cardiache e nella morfogenesi del cuore (Olson NE .et al., 2006; Ramson et Srivastava D., 2007; Nemer et al., 2008).

Questi modelli animali hanno fornito informazioni relative al ruolo fondamentale dei fattori di trascrizione (TF's), ossia proteine che legano il DNA in una regione specifica del promotore del gene target, a livello della quale interagiscono con altri fattori di trascrizione e cofattori per regolare la

trascrizione del gene stesso (Horsthuis T et al., 2009; Satou Y et Satoh N., 2010). In figura 3 sono mostrati i principali fattori di trascrizione ed il loro ruolo nei diversi stadi della morfogenesi cardiaca.

Fig.3. Network di fattori di trascrizione cardiaci e loro coinvolgimento nelle diverse fasi della cardiogenesi (modificata da Srivastava D. et Olson NE/ Nature. 2000)

La regolazione trascrizionale nello sviluppo cardiovascolare richiede sia uno specifico controllo spazio-temporale dell'espressione genica sia un controllo sui livelli di dosaggio dei vari pathway cardiogeni (Tanaka M et

al.1998; Bruneau BG., 2002). L'analisi del ruolo dei fattori di trascrizione ha contribuito in maniera significativa alla comprensione di alcuni meccanismi genetici alla base delle CC (Bruneau BG. 2002). Studi di sequenziamento genico condotti su pazienti con CC hanno, infatti, evidenziato la presenza di mutazioni nei geni dei fattori di trascrizione in forme familiari sindromiche e non (Ramson et Srivastava., 2007; Bruneau., 2008; Nemer., 2008).

Fig.4. CC associate a mutazioni nei fattori di trascrizione: in nero sono riportati i casi di CC e in blu i casi sindromici (modificata da Bruneau B/ Nature 2008).

Mutazioni nella linea germinale sono state identificate, sebbene raramente, anche in forme sporadiche di CC con una frequenza inferiore al 3% (Zhang L et al., 2006; Ramson et Srivastava D., 2007).

Tab.1..Frequenze delle mutazioni genetiche in casi sporadici e familiari di CC

Le mutazioni genetiche sembrano, pertanto, non spiegare come queste malformazioni si sviluppano sia nei casi familiari che, soprattutto, nei casi sporadici di CC (Jing-bin H et al., 2009; Wessel MV and Willems PJ., 2010). La presenza di fenotipi simili originati da mutazioni in loci diversi e di fenotipi distinti derivati da uno stesso gene complicano lo studio delle cardiopatie (Srivastava D et Olson NE., 2000; Digilio MC et al., 2004). Risulta, quindi, evidente il ruolo di altri meccanismi molecolari che possono cooperare con i fattori genetici nell'eziologia delle CC (Lange CU et Schneider R., 2010). Il modello eziopatogenetico più accreditato d'insorgenza delle CC è quello multifattoriale, il quale presuppone che un determinato fenotipo sia dovuto all'interazione tra fattori genetici ed ambientali (Wessels et Willems., 2010; Shieh JTC et Srivastava D., 2009).

Recenti studi hanno, anche, suggerito che l'insorgenza di mutazioni somatiche durante le prime fasi dell'embriogenesi possa rappresentare un'altra possibile causa di anomalie congenite (Reamon-Buettner SM et Borlak J., 2006). Si tratta di mutazioni presenti sia durante lo sviluppo embrionale che nella vita post-natale e la loro implicazione nella patogenesi delle CC dipende dallo stadio in cui si presentano (Reamon-Buettner SM and Borlak J., 2006). Infatti, mutazioni somatiche insorte nelle prime fasi dello sviluppo embrionale possono alterare la struttura e la funzione dei tessuti originatesi dalla linea cellulare portatrice della mutazione (Erickson RP., 2003).

Nel 2004, per la prima volta, Borlak ed il suo gruppo di lavoro misero in evidenza come mutazioni (soprattutto nel gene Nkx2.5) fossero presenti nel tessuto cardiaco affetto, mentre risultavano assenti sia nel tessuto cardiaco sano sia nel sangue periferico dello stesso paziente (Reamon-Buettner SM et al.,2006).

Questi risultati hanno, quindi, suggerito un possibile coinvolgimento delle mutazioni somatiche nell'eziopatogenesi delle CC, da investigarsi soprattutto in casi sporadici e non-sindromici di CC (Reamon-Buettner SM et al.,2005).

Infine, in questi ultimi anni è emerso il potenziale ruolo dei meccanismi epigenetici nel perturbare il normale sviluppo cardio-vascolare (Cordes RK et al., 2010; Mathiylagan P et al., 2010; Movassagh M et al., 2010; Reamon-Buettner et Borlak J., 2006) (Fig.5).

L'epigenetica rappresenta lo studio delle modifiche ereditabili, nei tratti fenotipici o nella funzione del genoma, che si verificano senza alterazioni

della sequenza del DNA (Lange UC and Schneider R., 2010). Si conoscono tre tipi di variazioni epigenetiche: microRNA, processi di metilazione del DNA e modificazioni istoniche, i quali esercitano un ulteriore controllo sull'espressione genica (Chen K and Rajewsky N., 2007).

Fig.5. Regolazione epigenetica sull'espressione genica (modificata da Shieh JTC et Srivastava D / Circulation 2009).

La regolazione post-trascrizione attraverso i microRNA (miRNA) è uno dei più interessanti e potenti meccanismi che mantengono e gestiscono la differenziazione cellulare. Recentemente, molti studi hanno suggerito un coinvolgimento dei miRNA in molti processi fisiologici, inclusa la morfogenesi cardiaca, durante la quale sembrano sottostare al controllo dei fattori di trascrizione cardiaci (Jing-bin H. et al., 2009). In particolare, modelli di topo knockout per i miRNA 1-2 mostrano difetti del setto ventricolare e disfunzioni nel sistema di conduzione cardiaco, per lo più in seguito ad un'alterata regolazione sui principali geni coinvolti nella cardiogenesi, quali Hand2 (Cordes KE et al.,2010).

Anche le modificazioni a carico degli istoni (acetilazione e metilazione) possono essere coinvolte in meccanismi patogenetici in quanto necessarie per l'interazione tra una precisa sequenza genica ed i complessi proteici coattivatori e corepressori della trascrizione.

Negli ultimi anni, alcuni studi hanno indagato il ruolo degli enzimi istone deacetilasi 1 (HDAC1) e 2 (HDAC2) in modelli di topi knockout per entrambi i geni. E' stato osservato che l'assenza del gene HDAC1 porta alla morte l'embrione entro il decimo giorno a causa di difetti di proliferazione cellulare, mentre topi knockout per il gene HDAC2 sopravvivono fino al periodo perinatale, dopo il quale vanno incontro a morte per l'insorgenza di problemi nella formazione della porzione destra del cuore, probabilmente in seguito ad un'alterata espressione di alcuni geni che codificano per i fattori di trascrizione cardiaci, in particolare per Nkx2.5 (Montgomery RL et al., 2007; Liu Z et al., 2009).

In aggiunta, anche processi di metilazione del DNA possono essere responsabili di un'anormale cardiogenesi, in quanto possono reprimere la trascrizione mediante sia meccanismi diretti, come l’inibizione di fattori di trascrizione, o indiretti, dovuti essenzialmente agli effetti di proteine che si legano alla base citosina metilata nell’ambito del dinucleotide CG (Movassagh M et al., 2010).

Da queste osservazioni è emersa l'ipotesi recente che i meccanismi epigenetici possano svolgere un ruolo chiave nel normale sviluppo cardiovascolare.