Contesto:Il disturbo dello spettro autistico (ASD) è un disturbo neuroevolutivo ereditabile e eterogeneo in cui la neuro-infiammazione gioca un ruolo chiave.L'ASD si manifesta attraverso alterazioni della comunicazione e dell'interazione sociale,anomalie sensoriali,comportamenti ripetitivi e vari livelli di disabilità intellettiva, come definito da indicatori clinici:DSM-5, ADOS.L'eziologia dell'ASD è multifattoriale e coinvolge fattori genetici, epigenetici e ambientali. Obiettivo:Identificare i principali fattori predisponenti all'ASD, con focus sulla gravità e variazioni fenotipiche. Lo studio biochimico ha investigato sulle citochine infiammatorie nel plasma dei pazienti ASD rispetto ai fratelli. Sono state analizzate la metilazione LINE-1 e i polimorfismi genici che influenzano l'efficienza del ciclo dei folati e gruppi metilici. Metodi:Lo studio ha coinvolto 75 pazienti ASD, 135 genitori e 25 fratelli; Un sistema multiplex Luminex per misurare 19 citochine e PCR e Pyrosequencing per genotipizzazione e per la metilazione LINE-1. Le analisi statistiche hanno incluso SPSS, MedCalc, GraphPad Prism9, PCA e regressione logistica binaria. Risultati:L'analisi delle citochine nei pazienti ASD ha rivelato che i livelli di IL-1RA erano più bassi nel gruppo ASD rispetto al gruppo dei fratelli. Stratificando per punteggio DSM-5 e disabilità intellettiva, i livelli di IL-1β erano più alti nel fenotipo grave rispetto a quello moderato. Inoltre, i casi di ASD stratificati per ADOS mostravano livelli aumentati di IL-1RA negli individui con fenotipo grave rispetto a quelli con fenotipo lieve/moderato. I livelli di TNF-α erano ridotti negli individui con ASD grave quando stratificati per DSM-5, OCD e comportamenti aggressivi.Anche i livelli di IL-12(p40) erano più bassi nel sottogruppo ASD con grave comportamento aggressivo. Analisi delle chemochine: i livelli di G-CSF e MCP-1 erano più alti nel sottogruppo ASD con alterato QI rispetto ai pazienti con QI normale.La stratificazione del gruppo ASD secondo le comorbidità ha rivelato livelli ridotti di IL-5 nei pazienti con epilessia, di IL-8 negli individui ASD con intolleranza al lattosio e di G-CSF, IL-1RA e IL-8 in presenza di infezione intestinale. La metilazione globale era simile tra i pazienti e i loro fratelli non affetti, ma sono emerse variazioni significative nell'analisi genotipica. MTHFR 677TT nei pazienti era associato a una % più alta di metilazione LINE-1 rispetto ai fratelli con lo stesso genotipo. Un risultato interessante è stato osservato nella stratificazione per DNMT3B rs1569686, dove gli individui ASD con l'allele T avevano livelli di metilazione più bassi rispetto a quelli con il genotipo GG.La stratificazione basata su DSM-5 e QI ha indicato livelli di metilazione globale più bassi nei fenotipi gravi. PCA e regressione logistica hanno rivelato che diversi fattori genetici, DNMT3A, DNMT1, DHFR, sesso e DNMT3L, DNMT3B, CBS, possono discriminare tra ASD e fratelli sani. L'analisi intracaso ha sottolineato l'importanza delle comorbidità con le citochine, DNMT3L, DHFR e CBS e l'età nel determinare la gravità dell'ASD.Infine, età, sesso, DNMT3B e DHFR in assenza di comorbidità erano associati a un fenotipo più grave secondo i punteggi DSM-5 e ADOS. Conclusione:Lo studio conferma la natura multifattoriale dell'ASD, sottolineando il ruolo del sistema infiammatorio come le alterazioni delle citochine nei fenotipi gravi. Sebbene i livelli di metilazione globale del DNA fossero simili tra individui ASD e fratelli, le varianti genetiche (MTHFR, DNMT3B) hanno rivelato interruzioni nei meccanismi di metilazione.L'approccio multivariato ha identificato fattori genetici e differenze di sesso come principali contribuenti all'ASD, con citochine e comorbidità che influenzano la gravità.Questi risultati sottolineano l'importanza di caratterizzare i sottogruppi ASD per identificare biomarcatori specifici del fenotipo per strategie terapeutiche personalizzate
Background:Autism spectrum disorder (ASD) is a heritable and heterogeneous neurodevelopmental disorder where the immune system and neuro-inflammation play key roles. ASD manifests through communication and social interaction alterations, sensory abnormalities, repetitive behaviors, and varying levels of intellectual disability, as defined by clinical indicators (DSM-5, ADOS).The etiology of ASD is multifactorial, involving genetic, epigenetic, and environmental factors.Aim:identify key factors predisposing to ASD, focusing on severity and phenotypic variations. The biochemically study investigated systemic inflammatory (cytokines) in ASD patients' plasma compared to siblings. Additionally, LINE-1 methylation and gene polymorphisms affecting folate and methyl group transfer efficiency were analyzed.Methods:The study involved 75 ASD patients, 135 parents, and 25 siblings. A multiplex Luminex-based system measured 19 cytokines/chemokines. Genotyping and LINE-1 methylation were analyzed via PCR and Pyrosequencing. Statistical analyses included SPSS, MedCalc, GraphPad Prism9, PCA and binary logistic regression.Results:The analysis of cytokines in ASD patients revealed IL-1RA levels were significantly lower in the ASD group compared to the siblings' group. When stratifying by DSM-5 score and intellectual disability, IL-1β levels were higher in the severe phenotype compared to the moderate phenotype. Additionally, ASD cases stratified by ADOS showed increased levels of IL-1RA in individuals with a severe phenotype compared to those with a mild/moderate phenotype. TNF-α levels were notably reduced in individuals with severe ASD when stratified by DSM-5, OCD, and aggressive behavior. IL-12(p40) levels were also lower in the ASD subgroup with severe aggressive behavior.The chemokine analysis indicated that G-CSF and MCP-1 levels were higher in the ASD subgroup with impaired intellectual abilities compared to patients with normal IQ. Stratification of the ASD group according to comorbidities revealed levels decreased of IL-5 in patients with epilepsy, of IL-8 in ASD individuals with lactose intolerance, and of G-CSF, IL-1RA, and IL-8 in the presence of intestinal infection. Global methylation was similar between patients and their unaffected siblings but significant variations emerged when analyzing certain genetic variants. The MTHFR 677TT genotype in patients was associated with a higher percentage of LINE-1 methylation compared to siblings with the same genotype. An intriguing finding was observed in the stratification for DNMT3B rs1569686, where ASD individuals carrying the T-allele had lower methylation levels than those with the GG genotype. Additionally, stratification based on DSM-5 and intellectual disabilities indicated lower global methylation levels in the severe phenotypes.PCA and subsequent binary logistic regression revealed that several genetic factors, including DNMT3A, DNMT1, DHFR 19bp, sex, and DNMT3L, DNMT3B, CBS 68bp, can discriminate between the ASD and siblings groups. Intracase analysis underscored the significance of comorbidities and cytokines, along with the roles of DNMT3L, DHFR, and CBS genes, as well as age in determining ASD severity. Finally, age, sex, DNMT3B, and DHFR in the absence of comorbidities were associated with a more severe phenotype according to DSM-5 and ADOS scores.Conclusion:The study confirms the multifactorial nature of ASD, emphasizing the inflammatory system's role, especially cytokine alterations in severe phenotypes. While global DNA methylation levels were similar between ASD individuals and siblings, genetic variants (MTHFR, DNMT3B) revealed disruptions in methylation mechanisms.The multivariate approach identified genetic factors and sex differences as major ASD contributors, with cytokines and comorbidities influencing severity.These findings underscore the importance of characterizing ASD subgroups to identify phenotype-specific biomarkers for personalized therapeutic strategies
Targeting the inherited basis of ASD for diagnosis and treatment strategies by identification of molecular predictive markers
GALLO, INES
2024
Abstract
Contesto:Il disturbo dello spettro autistico (ASD) è un disturbo neuroevolutivo ereditabile e eterogeneo in cui la neuro-infiammazione gioca un ruolo chiave.L'ASD si manifesta attraverso alterazioni della comunicazione e dell'interazione sociale,anomalie sensoriali,comportamenti ripetitivi e vari livelli di disabilità intellettiva, come definito da indicatori clinici:DSM-5, ADOS.L'eziologia dell'ASD è multifattoriale e coinvolge fattori genetici, epigenetici e ambientali. Obiettivo:Identificare i principali fattori predisponenti all'ASD, con focus sulla gravità e variazioni fenotipiche. Lo studio biochimico ha investigato sulle citochine infiammatorie nel plasma dei pazienti ASD rispetto ai fratelli. Sono state analizzate la metilazione LINE-1 e i polimorfismi genici che influenzano l'efficienza del ciclo dei folati e gruppi metilici. Metodi:Lo studio ha coinvolto 75 pazienti ASD, 135 genitori e 25 fratelli; Un sistema multiplex Luminex per misurare 19 citochine e PCR e Pyrosequencing per genotipizzazione e per la metilazione LINE-1. Le analisi statistiche hanno incluso SPSS, MedCalc, GraphPad Prism9, PCA e regressione logistica binaria. Risultati:L'analisi delle citochine nei pazienti ASD ha rivelato che i livelli di IL-1RA erano più bassi nel gruppo ASD rispetto al gruppo dei fratelli. Stratificando per punteggio DSM-5 e disabilità intellettiva, i livelli di IL-1β erano più alti nel fenotipo grave rispetto a quello moderato. Inoltre, i casi di ASD stratificati per ADOS mostravano livelli aumentati di IL-1RA negli individui con fenotipo grave rispetto a quelli con fenotipo lieve/moderato. I livelli di TNF-α erano ridotti negli individui con ASD grave quando stratificati per DSM-5, OCD e comportamenti aggressivi.Anche i livelli di IL-12(p40) erano più bassi nel sottogruppo ASD con grave comportamento aggressivo. Analisi delle chemochine: i livelli di G-CSF e MCP-1 erano più alti nel sottogruppo ASD con alterato QI rispetto ai pazienti con QI normale.La stratificazione del gruppo ASD secondo le comorbidità ha rivelato livelli ridotti di IL-5 nei pazienti con epilessia, di IL-8 negli individui ASD con intolleranza al lattosio e di G-CSF, IL-1RA e IL-8 in presenza di infezione intestinale. La metilazione globale era simile tra i pazienti e i loro fratelli non affetti, ma sono emerse variazioni significative nell'analisi genotipica. MTHFR 677TT nei pazienti era associato a una % più alta di metilazione LINE-1 rispetto ai fratelli con lo stesso genotipo. Un risultato interessante è stato osservato nella stratificazione per DNMT3B rs1569686, dove gli individui ASD con l'allele T avevano livelli di metilazione più bassi rispetto a quelli con il genotipo GG.La stratificazione basata su DSM-5 e QI ha indicato livelli di metilazione globale più bassi nei fenotipi gravi. PCA e regressione logistica hanno rivelato che diversi fattori genetici, DNMT3A, DNMT1, DHFR, sesso e DNMT3L, DNMT3B, CBS, possono discriminare tra ASD e fratelli sani. L'analisi intracaso ha sottolineato l'importanza delle comorbidità con le citochine, DNMT3L, DHFR e CBS e l'età nel determinare la gravità dell'ASD.Infine, età, sesso, DNMT3B e DHFR in assenza di comorbidità erano associati a un fenotipo più grave secondo i punteggi DSM-5 e ADOS. Conclusione:Lo studio conferma la natura multifattoriale dell'ASD, sottolineando il ruolo del sistema infiammatorio come le alterazioni delle citochine nei fenotipi gravi. Sebbene i livelli di metilazione globale del DNA fossero simili tra individui ASD e fratelli, le varianti genetiche (MTHFR, DNMT3B) hanno rivelato interruzioni nei meccanismi di metilazione.L'approccio multivariato ha identificato fattori genetici e differenze di sesso come principali contribuenti all'ASD, con citochine e comorbidità che influenzano la gravità.Questi risultati sottolineano l'importanza di caratterizzare i sottogruppi ASD per identificare biomarcatori specifici del fenotipo per strategie terapeutiche personalizzateI documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
