Abstract
Le malattie autoimmuni della tiroide (AITD) (malattia di Graves e tiroidite di Hashimoto) sono malattie genetiche complesse che molto probabilmente hanno più di 20 geni che contribuiscono ai fenotipi clinici. Ad oggi, i geni noti per il loro contributo rientrano in due categorie: geni di regolazione immunitaria (tra cui HLA, CTLA4, PTPN22, CD40, CD25 e FCRL3) e geni specifici della tiroide (TG e TSHR). Tuttavia, nessuno di questi geni contribuisce più di un aumento di 4 volte del rischio di sviluppare una di queste malattie, e nessuno dei polimorfismi scoperti è essenziale per lo sviluppo della malattia. Quindi, sembra che una varietà di interazioni geniche diverse possa combinarsi per causare lo stesso modello di malattia clinica, ma i geni che contribuiscono possono differire da paziente a paziente e da popolazione a popolazione. Inoltre, questo possibile meccanismo lascia aperta la potente influenza dell’ambiente e delle modifiche epigenetiche dell’espressione genica. Per il clinico, questo significa che la profilazione genetica di tali pazienti è improbabile che sia fruttuosa nel prossimo futuro.
1. Introduzione
Molte malattie hanno la tendenza a correre in famiglia, e sappiamo che questo può essere dovuto a influenze ambientali, o alla genetica familiare, o a entrambe. Le malattie autoimmuni della tiroide (AITD), la malattia di Graves e la tiroidite di Hashimoto, sono esempi tipici di tali malattie complesse e sono state riconosciute per molti anni come aventi un’importante componente genetica. Negli ultimi 10 anni abbiamo appreso molte nuove conoscenze sul modo in cui le influenze genetiche possono migliorare l’autoimmunità tiroidea, ma rimangono grandi lacune nella nostra conoscenza che difficilmente potranno essere colmate senza grandi progressi teorici e tecnici. Questa breve rassegna esamina lo stato attuale delle conoscenze e quali nuove intuizioni abbiamo ottenuto dall’esplorazione della genetica delle AITD, e in particolare della malattia di Graves.
2. Autoanticorpi tiroidei
Gli autoanticorpi contro la perossidasi tiroidea (TPO) e la tireoglobulina (Tg) sono riflessi della malattia tiroidea piuttosto che agenti causali. Quindi, tali autoanticorpi tiroidei possono svilupparsi prima dell’insorgenza di AITD clinica e sono stati a lungo noti per aumentare il rischio di sviluppare AITD clinica. Il riconoscimento di un’associazione familiare per la produzione di anticorpi tiroidei ha portato a studi su parenti di primo grado di probandi con AITD e ha indicato un modello dominante di eredità. Infatti, fino al 50% dei fratelli e delle sorelle di pazienti con AITD sono positivi agli anticorpi tiroidei in contrasto con il ~15% nella popolazione generale. Diverse analisi di segregazione hanno anche mostrato un modello mendeliano dominante di eredità per l’espressione degli autoanticorpi tiroidei, e la trasmissione genetica della sottoclasse di anticorpi TPO “impronte digitali” ha suggerito che il modello di riconoscimento autoanticorpale dell’antigene TPO era anche geneticamente trasmesso.
3. Suscettibilità genetica alla AITD
Il riconoscimento di un’associazione tra AITD e certi antigeni leucocitari umani (HLA) ha fornito per la prima volta un meccanismo per il contributo genetico alla malattia di Graves e alla tiroidite di Hashimoto. Questa associazione è stata vista particolarmente bene nei gemelli identici. Gli antigeni HLA forniscono un mezzo per il sistema immunitario di riconoscere i peptidi antigenici della tiroide, e dati recenti hanno dimostrato questa associazione rafforzata come secondaria alla presenza di particolari residui nella tasca di legame HLA di classe II come Arg 74 . Inoltre, man mano che si conoscevano i meccanismi patologici e molecolari coinvolti nelle AITD, molti dei quali non solo erano comuni a tutte le malattie autoimmuni, ma anche altamente variabili tra gli individui, questo ha permesso di riconoscere i geni candidati responsabili della suscettibilità alla malattia. Tali geni potevano quindi essere valutati tramite analisi di linkage o studi di associazione (vedi Tabella 1).
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4. Individuazione dei geni di suscettibilità nell’AITD
Il complesso di geni HLA candidati è stato prima associato all’AITD in studi di associazione, ma poi non è riuscito a mostrare il linkage con l’AITD. Questo ha dimostrato che il contributo genetico dell’HLA all’AITD non era abbastanza forte da essere visto nelle analisi di linkage. Questo indicava che gli studi di associazione avevano maggiori probabilità di rilevare i geni che contribuivano a piccoli effetti sulla suscettibilità alla malattia. Come conseguenza del Progetto Genoma Umano, è diventato possibile identificare i geni per le malattie che avevano una base genetica complessa senza ricorrere all’approccio del gene candidato. Questo è stato ottenuto “tipizzando” gli individui utilizzando uno schermo genomico di marcatori genetici, all’inizio con microsatelliti (1 microsatellite per 10 cM di DNA) e successivamente polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs) (~1 SNP per < 1 cM di DNA), che coprivano l’intero genoma (Tabella 2) . Poi i ricercatori hanno osservato quali marcatori segregavano con la malattia. Tuttavia, la ridotta sensibilità delle analisi di linkage, rispetto agli studi di associazione, ha reso più difficile eseguire queste analisi per i tratti complessi caratteristici di un modello non mendeliano di eredità e con fenotipi clinici variabili. Tuttavia, utilizzando un gran numero di SNPs, sviluppati come risultato del progetto HapMap, e che avevano un grado molto maggiore di copertura dell’intero genoma, è stato più facile decifrare quali marcatori segregavano con la malattia utilizzando analisi di associazione. Questi marcatori SNP si presentano più frequentemente dei marcatori microsatelliti e sono facili da rilevare, consentendo una maggiore sensibilità genetica. La regione genetica sospetta può quindi essere ulteriormente ristretta con SNPs più densi e il gene può essere identificato. I risultati sono ora disponibili per una varietà di malattie autoimmuni tra cui l’artrite reumatoide e il diabete mellito di tipo 1 e più recentemente per AITD .
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E’ ovviamente essenziale che i risultati degli studi di associazione whole-genome siano riprodotti in modo affidabile e ripetuto, ma la complessità di questo tipo di analisi e l’alto costo hanno sollevato problemi . Se le malattie comuni sono associate a rischi comuni, allora ci si può aspettare una replica tra le popolazioni. Ma le malattie comuni possono essere legate a rischi specifici della popolazione e, quindi, tali dati possono essere riprodotti solo nella stessa popolazione che è stata studiata nella relazione originale. La riproducibilità è stata un problema per gli studi che hanno utilizzato lo screening dei microsatelliti, compresi gli studi nei pazienti con AITD, e questo problema è persistito negli studi molto più grandi che utilizzano studi di associazione whole-genome, come in quelli che analizzano il morbo di Parkinson e anche l’obesità. Quindi, tutti i rapporti di collegamento e associazione genetica richiedono una conferma da parte di studi indipendenti prima di poter essere accettati.
5. Geni per l’AITD
I geni HLA e CTLA4 sono stati i primi geni identificati dall’approccio candidato (Tabella 3).
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Come discusso in precedenza, i geni HLA costituiscono il complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) che contiene molti geni legati alla funzione del sistema immunitario negli esseri umani. Questi includono HLA classe I (A, B e C), HLA classe II (DP, DM, DOA, DOB, DQ e DR) e HLA classe III (che codifica per altre proteine immunitarie). Il principale HLA associato alla GD, HLA-DR3, si trova nel locus HLA DR e gioca un ruolo chiave nella normale risposta immunitaria legando antigeni peptidici e presentandoli ai recettori delle cellule T.
Il gene della proteina 4 associata ai linfociti T citotossici (CTLA4) è una molecola di regolazione immunitaria, che si esprime sulla superficie delle cellule T Helper e trasmette un segnale inibitorio alle cellule T. Oltre ai loci dei geni HLA e CTLA4, ci sono associazioni confermate (2 o più rapporti) per una serie di geni comuni a molte malattie autoimmuni: PTPN22, CD40, IL2RA (CD25), e FCRL3 (Tabella 3).
Il gene per la proteina tirosina fosfatasi, non recettore tipo 22 (linfoide), noto anche solo come PTPN22, codifica una proteina tirosina fosfatasi espressa principalmente nei tessuti linfoidi. Questo enzima si associa con la proteina adattatore molecolare CBL e può essere coinvolto nella regolazione della funzione CBL nella via di segnalazione del recettore delle cellule T. Una variante della PTPN22 codifica per la fosfatasi Lyp (Lyp620W) e conferisce il rischio di molteplici malattie autoimmuni. Più recentemente, Zhang et al. hanno riferito che i livelli della variante Lyp620W sono diminuiti nelle cellule T e B umane, e il suo legame e la scissione della calpina sono aumentati rispetto al tipo selvaggio Lyp620R. Pertanto, la degradazione mediata dalla calpina con conseguente ridotta espressione di Lyp e iperreattività dei linfociti e delle cellule dendritiche rappresenta un potenziale meccanismo per l’autoimmunità non regolata. La variante LypR620W, con una sostituzione da arginina a triptofano, perde la sua funzione e la sua influenza sulle risposte immunitarie, il che aumenta il rischio di malattia autoimmune.
La molecola CD40, o gene del membro 5 della superfamiglia dei recettori TNF, codifica un recettore costimolatorio che è essenziale nella mediazione di un’ampia varietà di risposte immunitarie e infiammatorie, compresa la commutazione di classe delle immunoglobuline dipendente dalle cellule T, lo sviluppo delle cellule B di memoria e la formazione dei centri germinali. Il gene del recettore alfa dell’interleuchina 2 (IL2) (IL2RA o CD25) codifica una delle subunità del recettore IL-2 che lega IL-2 ed è vitale nella regolazione della funzione delle cellule T. Il gene Fc receptor-like protein 3 (FCRL3) codifica una proteina contenente un motivo di attivazione immunorecettore-tirosina e un motivo inibitorio immunorecettore-tirosina nel suo dominio citoplasmatico e può avere un ruolo nella regolazione immunitaria.
Ad oggi, gli unici geni legati alla tiroide associati all’AITD sono TG (il gene che codifica la tireoglobulina), sia nella malattia di Graves che nella tiroidite di Hashimoto, e TSHR (il gene che codifica il recettore della tireotropina) limitato alla malattia di Graves (Tabella 3).
Il gene della tireoglobulina (TG) codifica un grande omodimero glicoproteico prodotto esclusivamente dalla tiroide. Agisce come substrato per la sintesi degli ormoni tiroidei tiroxina (T4) e triiodotironina (T3) così come l’immagazzinamento delle forme inattive dell’ormone tiroideo e dello iodio. Come questo gene influenzi la suscettibilità non è chiaro, ma Stefan et al. hanno recentemente descritto un meccanismo genetico/epigenetico attraverso il quale una variante SNP del promotore TG recentemente identificata predispone all’AITD. Le analisi di sequenziamento seguite da studi di associazione basati su casi e famiglie hanno identificato uno SNP (-1623A→G) che è stato associato a AITD nella popolazione caucasica, e la sostituzione nucleotidica associata SNP (-1623A/G) ha modificato un sito di legame per l’interferon regulatory factor-1 (IRF-1), un importante fattore di trascrizione indotto dall’interferone, indicando una maggiore sensibilità a questa citochina infiammatoria.
Il gene del recettore dell’ormone stimolante la tiroide (TSHR) codifica una proteina di membrana che segnala attraverso il legame del ligando TSH ed è un importante controllore della crescita e del metabolismo delle cellule tiroidee. SNPs nell’introne 1 (nei caucasici) e nell’introne 7 (nei giapponesi) sono stati associati alla malattia di Graves in una serie di studi. Dati recenti suggeriscono che gli SNPs associati al TSHR sono legati ad una difettosa tolleranza timica per il TSHR come dimostrato da una ridotta espressione all’interno della ghiandola del timo dove è necessario per eliminare le cellule T autoreattive del TSHR .
Poiché tutti i geni di suscettibilità identificati finora sembrano avere un basso livello di contributo alla suscettibilità genetica, una serie di studi di screening whole-genome sono stati tentati anche nella AITD per trovare geni più importanti . Uno studio di associazione dell’intero genoma utilizzando solo 104 SNPs non sinonimi (quelli che coinvolgono parti di un gene che probabilmente influenzano il carattere del prodotto) ha mostrato un certo numero di geni precedentemente riconosciuti, oltre a localizzare alcuni nuovi siti, ma i nuovi siti non hanno potuto essere successivamente confermati. Più recentemente, il primo studio completo genoma-wide della malattia di Graves con 660 K SNPs è stato riportato dalla Cina. Questo studio ha nuovamente identificato molti dei geni noti per l’AITD, ma ha anche descritto due nuovi siti sui cromosomi 6q e 4p. Questi attendono ulteriori conferme. Ancora una volta, tuttavia, non sono emersi nuovi geni altamente associati.
6. Il grado di maggiore suscettibilità rimane basso
Tutti i geni associati alla AITD sono individualmente in grado di conferire solo gradi modesti di suscettibilità alla malattia (espressi come odds ratio, vedi tabella 3). Quindi, questi dati ci permettono solo di concludere che le AITD, sia la malattia di Graves (compresa l’oftalmopatia di Graves) che la tiroidite di Hashimoto, sono disturbi genetici complessi che coinvolgono più geni che possono interagire per fornire uno sfondo suscettibile allo sviluppo della malattia. Inoltre, sembrano esserci geni specifici della malattia, come il gene che codifica il TSHR nella malattia di Graves e un gruppo più ampio di geni di suscettibilità, come CTLA4, che sono comuni a molte malattie autoimmuni. Questa combinazione di polimorfismi genici permette probabilmente a fenomeni epigenetici, conseguenti a una varietà di influenze come l’infezione e l’ambiente, di iniziare la malattia.
7. La controversia sui geni principali nell’AITD
Dopo aver chiarito che più geni sono all’opera nell’AITD, è probabile che più di 20 geni potenziali contribuiscano ai fenotipi dell’AITD. Ma i geni principali, quelli essenziali per lo sviluppo della malattia, non sono stati trovati. Un gene maggiore dovrebbe essere coinvolto nella maggior parte dei pazienti con la malattia, e i rapporti di rischio, anche per l’HLA, non rivelano un tale gene (Tabella 3). Questo significa molto probabilmente che diverse combinazioni di geni possono produrre fenotipi clinici simili o che i fenomeni epigenetici sono dominanti. Finora, nello screening dell’intero genoma di famiglie, fratelli e popolazioni con AITD, è stato stabilito un certo numero di siti per la suscettibilità alla malattia di Graves e alla tiroidite di Hashimoto, ma nessuno di essi ha avuto valori statistici molto alti (punteggi LOD). Questo risultato è stato vero non solo per l’AITD, ma anche per altre malattie autoimmuni tra cui il diabete mellito di tipo 1. Questo è meglio compreso pensando ancora una volta all’HLA. Non tutti i pazienti con la malattia di Graves hanno il sottotipo HLA-DR3 associato e nemmeno l’Arg74 associato nella sua tasca di legame, indipendentemente dal sottotipo HLA-DR . Quindi, la malattia può verificarsi in assenza dell’associazione HLA prevista.
8. Una nota sull’epigenetica
Un meccanismo attraverso il quale i fattori ambientali possono combinarsi con il rischio genetico per promuovere l’AITD è l’alterazione del controllo epigenetico dell’espressione genica, come visto, per esempio, nel pancreas e come dimostrato per un virus che interagisce con un gene di suscettibilità nella malattia di Crohn. Mentre si sa poco su tali interazioni con AITD, c’è stata un’ampia conferma di un ruolo per l’inattivazione del cromosoma X (XCI). I pazienti con AITD più spesso del previsto hanno mostrato un’espressione distorta di un cromosoma X materno o paterno portando all’ipotesi che il cromosoma scarsamente espresso potrebbe diventare attivo in alcuni tessuti come la tiroide ed esprimere nuove sequenze antigeniche non precedentemente riconosciute dal sistema immunitario. Questi potenziali meccanismi di maggiore suscettibilità all’AITD richiedono ulteriori esplorazioni.
9. Conclusioni
Come i fattori ambientali si combinano con il rischio genetico a livello molecolare per promuovere malattie genetiche complesse come l’AITD è ampiamente sconosciuto. I geni che sono collegati e/o associati all’AITD sono ognuno dei piccoli contributori al rischio genetico. Polimorfismi genici multipli (combinazioni di aplotipi) sembrano essere necessari per sviluppare l’AITD e possono differire tra popolazioni geografiche secondarie a influenze epigenetiche. Molto resta da imparare.
Abbreviazioni
| AITD: | Malattia tiroidea autoimmune |
| LOD: | Logaritmo delle probabilità |
| SNP: | Polimorfismo mononucleotidico. |
Disclosure
TFD è un membro del consiglio di amministrazione di Kronus Inc, Star, Idaho (un distributore di kit per il test degli anticorpi tiroidei). Gli altri autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Riconoscimenti
Questo lavoro è sostenuto in parte dal DK052464 e DK069713 del National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, dal programma VA Merit Award e dal David Owen Segal Endowment.