Nuove varianti rare del gene NOX4 coinvolte nel differenziamento degli osteoclasti

La Psoriasi è una patologia infiammatoria cronica della pelle caratterizzata da iperproliferazione dei cheratinociti (1). È classificata in 5 sottotipi tra cui la forma più rara e grave è l’Artrite Psoriasica Mutilans (PAM). Tale patologia è caratterizzata, oltre che da un fenotipo epidermico, anche da un fenotipo scheletrico che si manifesta con riduzione della lunghezza delle dita per aumentata osteolisi (2). Fattori genetici svolgono un ruolo chiave nell’insorgenza dalla psoriasi ma per la PAM ci sono ancora pochi studi di correlazione (3, 4).

Il lavoro di Wang e colleghi, pubblicato su EMBO Molecular Medicine, ha permesso di identificare, in una coorte di 61 pazienti affetti da PAM, tre nuove varianti rare del gene NOX4 (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4), che codifica per un enzima coinvolto nella sintesi dei ROS (Reactive Oxigen Species); NOX4 è una proteina che possiede 6 domini transmembrana e un dominio NADPH-binding; è espressa in molte cellule, tra cui cheratinociti e osteoclasti (5). Numerosi studi collegano la produzione di ROS ad alterazioni del rimodellamento osseo (6-9); Wang e colleghi hanno caratterizzato l’effetto delle varianti di NOX4 nello sviluppo della PAM effettuando esperimenti in vitro e in vivo.

Attraverso il Whole Exome Sequencing di DNA estratto da PBMC (Peripheral Blood Mononuclear Cells) di 61 pazienti, sono state individuate le varianti V369F, Y512fsX20 e Y512C di NOX4 in 4 pazienti. Per studiare l’effetto delle mutazioni nella produzione dei ROS, gli autori di tale studio hanno overespresso le differenti varianti nella linea cellulare HEK293 dimostrando come la presenza delle varianti fosse responsabile della maggior produzione dei ROS. L’incremento dei ROS è stato riscontrato anche nei pazienti con mutazioni del gene NOX4.

NOX4 è indotto durante il differenziamento degli osteoclasti (10); per comprendere se nei pazienti affetti da PAM si riscontrino alterazioni dell’osteoclastogenesi, precursori mononucleati del sangue dei pazienti con nuove varianti di NOX4, sono stati indotti a differenziare in vitro in osteoclasti. Tali saggi hanno permesso di evidenziare un incremento del numero di osteoclasti e della loro produzione di ROS nei pazienti con le varianti, rispetto ai controlli sani e ai pazienti che non presentano le varianti V369F, Y512fsX20 e Y512C.

Inoltre, per analizzare l’effetto delle tre varianti anche in vivo, Wang e co-autori hanno valutato la produzione dei ROS anche in embrioni di zebrafish inoculati con l’RNA di NOX4 wild-type e delle tre varianti, confermando l’incremento di produzione di radicali dell’ossigeno in presenza delle varianti rare di NOX4 rispetto alla forma wild-type.

In conclusione, gli autori identificano per la prima volta delle nuove varianti causative della PAM che determinano anche un incremento della formazione di osteoclasti. Il limite dello studio è il numero esiguo dei pazienti che presentano queste varianti, che si attesta a 4 su 61. Gli stessi autori dichiarano di aver individuato attraverso ulteriori indagini genetiche altre varianti potenzialmente patogeniche che coinvolgono anche il differenziamento e l’attività degli osteoclasti. Ulteriori studi di validazione funzionale saranno necessari per testare la patogenicità di queste nuove varianti.

Commento a “Rare coding variants in NOX4 link high ROS levels to psoriatic arthritis mutilans” di Wang S, Nikamo P, Laasonen L, Gudbjornsson B, Ejstrup L, Iversen L, Lindqvist U, Alm JJ, Eisfeldt J, Zheng X, Catrina SB, Taylan F, Vaz R, Ståhle M, Tapia-Paez I. EMBO Mol Med. 2024 Mar;16(3):596-615. doi: 10.1038/s44321-024-00035-z. Epub 2024 Feb 20

Referenze

1. Lin Y, Liu L, Sheng Y, Shen C, Zheng X, Zhou F, et al. A catalog of potential putative functional variants in psoriasis genome-wide association regions. PLoS One. 2018;13(5):e0196635.
2. Mochizuki T, Ikari K, Okazaki K. Delayed Diagnosis of Psoriatic Arthritis Mutilans due to Arthritis Prior to Skin Lesion. Case Rep Rheumatol. 2018;2018:4216938.
3. Laasonen L, Lindqvist U, Iversen L, Ejstrup L, Jonmundsson T, Stahle M, et al. Radiographic scoring systems for psoriatic arthritis are insufficient for psoriatic arthritis mutilans: results from the Nordic PAM Study. Acta Radiol Open. 2020;9(4):2058460120920797.
4. Mistegard J, Gudbjornsson B, Lindqvist U, Laasonen L, Ejstrup L, Stahle M, et al. Comorbidities in a Cohort of 66 Patients With Psoriatic Arthritis Mutilans-Results From the Nordic PAM Study. Front Med (Lausanne). 2021;8:629741.
5. Brown DI, Griendling KK. Nox proteins in signal transduction. Free Radic Biol Med. 2009;47(9):1239-53.
6. Garrett IR, Boyce BF, Oreffo RO, Bonewald L, Poser J, Mundy GR. Oxygen-derived free radicals stimulate osteoclastic bone resorption in rodent bone in vitro and in vivo. J Clin Invest. 1990;85(3):632-9.
7. Lee NK, Choi YG, Baik JY, Han SY, Jeong DW, Bae YS, et al. A crucial role for reactive oxygen species in RANKL-induced osteoclast differentiation. Blood. 2005;106(3):852-9.
8. Schroder K. NADPH oxidases in bone homeostasis and osteoporosis. Cell Mol Life Sci. 2015;72(1):25-38.
9. Yang S, Madyastha P, Bingel S, Ries W, Key L. A new superoxide-generating oxidase in murine osteoclasts. J Biol Chem. 2001;276(8):5452-8.
10. Goettsch C, Babelova A, Trummer O, Erben RG, Rauner M, Rammelt S, et al. NADPH oxidase 4 limits bone mass by promoting osteoclastogenesis. J Clin Invest. 2013;123(11):4731-8.