52.3.1.2 Angiotensin I-Converting Enzyme Gene (OMIM +106180)
Angiotensin I-converting enzyme (ACE) è una metalloproteasi di zinco le cui funzioni principali sono di convertire l’angiotensina I in angiotensina II e inattivare la bradichinina. Si presume che questa fase del sistema renina-angiotensina non sia limitante nel plasma, e infatti non ci sono indicazioni che i livelli plasmatici di ACE siano direttamente correlati ai livelli di pressione sanguigna. Tuttavia, la generazione locale di angiotensina I e la degradazione di una bradichinina possono dipendere dal livello di ACE espresso nei tessuti. Il clonaggio molecolare del cDNA dell’ACE endoteliale umano ha rivelato che l’enzima consiste di due domini altamente omologhi e funzionalmente attivi risultanti dalla duplicazione del gene (96). L’organizzazione del gene ACE umano (17q23) fornisce un ulteriore supporto alla duplicazione di un gene ancestrale (99). Ong et al. hanno fatto le recenti scoperte che i topi privi del dominio N dell’ACE hanno una maggiore risposta all’ipertensione indotta dall’angiotensina-II, un aumento delle citochine infiammatorie e una protezione contro la fibrosi polmonare indotta dalla bleomicina (100,101). Ci sono due promotori di ACE, un promotore somatico localizzato 5′ al primo esone del gene e un promotore germinale intragenico localizzato 5′ all’RNA messaggero ACE testicolare specifico (99,102,103). I due promotori alternativi di ACE mostrano specificità cellulari altamente contrastanti, poiché il promotore somatico è attivo nei tipi di cellule endoteliali, epiteliali e neuronali, mentre il promotore del testicolo è attivo solo in modo specifico alle cellule germinali maschili (102). Si pensa che la concentrazione plasmatica di ACE rifletta il livello di sintesi dell’enzima a livello somatico. Bernstein et al. hanno fatto molte scoperte in questo campo, chiarendo i ruoli tradizionali e non tradizionali dell’ACE (14,104-107).
Per un genetista, uno dei grandi vantaggi della concentrazione plasmatica di ACE come marcatore genetico è la sua grande variazione interindividuale (da 1 a 8 agli estremi della distribuzione) e la sua riproducibilità quando misurata ripetutamente in un dato soggetto (108). Questa importante variabilità interindividuale è dovuta, in gran parte, ad un importante effetto genetico, come dimostrato da Cambien et al. in uno studio di popolazione familiare, in cui c’era una somiglianza intrafamiliare tra i livelli plasmatici di ACE che rappresentavano circa il 30% e il 75% della varianza di ACE nei genitori e nella prole, rispettivamente (109). Il ruolo dell’ACE nel controllo genetico dell’ACE plasmatica è stato valutato utilizzando un polimorfismo dell’ACE che consiste nella presenza o nell’assenza di un frammento di DNA di 287 paia di basi (inserzione/delezione) (110). In questa osservazione seminale su 80 soggetti sani, Rigat et al. hanno dimostrato che i soggetti DD avevano un livello di ACE immunoreattivo quasi doppio rispetto ai pazienti omozigoti per l’allele I, mentre i pazienti eterozigoti avevano un livello di ACE intermedio. Questo polimorfismo I/D rappresentava il 47% della varianza totale dell’ACE nel siero, dimostrando che il locus ACE gioca un ruolo importante nel determinare i livelli di ACE nel siero (110). Come per il siero, i livelli di ACE nei linfociti T sono significativamente più alti nei pazienti omozigoti per l’allele D che negli altri soggetti (111). Il polimorfismo ACE I/D non è direttamente coinvolto nella regolazione genetica dell’ACE sierica e tissutale, e la variante causale responsabile dell’aumento dell’ACE non è ancora stata trovata; infatti, un altro studio che combina l’analisi di segregazione e linkage in 98 famiglie nucleari sane ha dimostrato che il polimorfismo ACE I/D è solo un marcatore neutro in forte linkage disequilibrium con la variante funzionale putativa (112). Il gruppo di Soubrier ha eseguito un ampio studio su otto nuovi polimorfismi in 95 famiglie nucleari sane (113). Dopo l’aggiustamento per il polimorfismo I/D, tutti i polimorfismi del gruppo 5′ sono rimasti significativamente associati ai livelli di ACE, il che ha suggerito l’esistenza di due loci di tratti quantitativi che agiscono additivamente sui livelli di ACE e che spiegherebbero il 38% e il 49% della varianza ACE nei genitori e nella prole, rispettivamente. Più recentemente, Rieder et al. hanno analizzato la sequenza genomica completa di ACE da 11 individui, che rappresenta la più lunga scansione contigua (24 kb) per la variazione di sequenza nel DNA umano. Hanno identificato 78 siti variabili in 22 cromosomi che si sono risolti in 13 aplotipi distinti; 17 di questi cromosomi erano in assoluto linkage disequilibrium con il polimorfismo ACE I/D, producendo due cladi distinte e lontanamente correlate e suggerendo che la variante causale dovrebbe essere situata nella parte 3′ del gene (114).
L’osservazione che i livelli plasmatici di ACE sono sotto il controllo diretto della variazione genetica di ACE, insieme al ruolo dell’enzima ACE in due cascate enzimatiche principali (sistema renina-angiotensina e sistema callicreina-cinina) nella fisiologia cardiovascolare, ha rapidamente reso il polimorfismo ACE I/D uno dei marcatori più popolari testati nelle malattie cardiovascolari. Le prime scansioni del genoma, eseguite in una popolazione di ratti F2 generata da ratti spontaneamente ipertesi inclini all’ictus e ratti geneticamente ipertesi normotesi, hanno reso questa ipotesi ancora più attraente (115,116). Entrambi i gruppi di ricercatori hanno trovato un collegamento significativo tra l’ipertensione da carico di NaCl e un locus genico sul cromosoma 10 dei ratti che conteneva il locus ACE e che contribuiva fino al 20% della varianza della pressione sanguigna in caso di elevata assunzione di sale. Diverse centinaia di studi segnalati e non segnalati sono stati eseguiti da allora (85,87,88). Riassumiamo qui solo alcuni dei principali risultati utilizzando l’ACE come gene candidato per l’ipertensione essenziale umana.
Uno studio di associazione che confrontava una popolazione australiana normotesa e una ipertesa con due genitori ipertesi ha mostrato un’associazione dell’ipertensione con un polimorfismo ACE (117). Infatti, la differenza significativa tra il genotipo I/D proveniva solo da un sottogruppo di pazienti di età pari o superiore a 50 anni, in cui il genotipo D era meno frequente che nei normotesi. Questo risultato è stato interpretato come dovuto a un rischio eccessivo di eventi cardiovascolari nei pazienti ipertesi portatori dell’allele D (118). Harrap et al. hanno studiato la distribuzione del polimorfismo del gene ACE I/D descritto in precedenza in giovani adulti con predisposizione genetica contrastante all’ipertensione (l'”approccio dei quattro angoli”) (119,120). I giovani adulti con pressione alta e due genitori con pressione alta non hanno mostrato alcuna differenza significativa nelle frequenze degli alleli I/D di ACE se confrontati con adulti della stessa età ma con pressione bassa e nessuna predisposizione genetica all’ipertensione. Anche altri studi di associazione erano negativi (121,122). In una grande serie di coppie di fratelli ipertesi dello Utah, non è emersa alcuna prova di associazione tra l’ipertensione e un marcatore polimorfico del gene dell’ormone della crescita in completo disequilibrio di associazione con l’ACE (123).
Tuttavia, alcuni studi hanno suggerito che l’ACE potrebbe influenzare la variabilità della pressione sanguigna in modo sesso-specifico. In un’analisi di regressione logistica su 3095 partecipanti al Framingham Heart Study, gli odds ratio aggiustati per l’ipertensione tra gli uomini per i genotipi DD e DI erano 1,59 e 1,18, rispettivamente, rispetto a II, dove nessun effetto è stato osservato nelle donne (124). Risultati positivi sono stati osservati anche da Fornage e soci nell’analisi di un ampio campione basato sulla popolazione di 1488 fratelli e sorelle con un’età media di 15 anni e appartenenti alla generazione più giovane di 583 pedigree di tre generazioni accertati in modo casuale a Rochester, Minnesota (125). Nelle analisi specifiche per sesso, la variazione genetica in e intorno all’ACE spiegava fino al 35% della variazione interindividuale della pressione sanguigna nei maschi ma non nelle femmine. Infine, Julier et al. hanno condotto un’analisi dei fratelli affetti in famiglie francesi e britanniche, basandosi sul fatto che uno dei principali loci della pressione sanguigna nei ceppi di ratti ipertesi si trova sul cromosoma 10, una regione omologa al cromosoma 17 umano (126). Prove significative di collegamento sono state trovate vicino a due marcatori microsatelliti strettamente collegati, D17S183 e D17S934, che risiedono 18cM prossimalmente ad ACE nella regione di omologia (126). Presi insieme, questi risultati suggeriscono che la variazione genetica dell’ACE non gioca un ruolo importante nella variazione della pressione sanguigna nella popolazione generale, ma che potrebbe influenzare la variazione sia in modo sesso-specifico o indirettamente attraverso il suo ruolo in diversi tessuti (rene, cuore, vasi) (85,87,88).