Le sindromi da microdelezione o sindromi da geni contigu

La FISH è stata determinante nello studio di molte sindromi, chiamate anche sindromi da geni contigui, da microdelezione fra le quali ricordiamo alcune fra le più note: Prader Willi e Angelman (delezione 15q-q13), Williams (delezione 7q11.23), Smith Magenis (delezione 17p12), Di George (delezione 22q11.2 o 10q13-q14)

Brevemente illustriamo le sindromi di Prader Willi e di Angelman essendo esempio di sindromi da geni contigui ma anche di sindromi da alterazione epigenetica2.

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Epigenetica. I meccanismi epigenetici sono responsabili di cambiamenti ereditabili delle funzioni del genoma senza alcuna modificazione nella sequenza del DNA. Si tratta di modificazioni del DNA e della cromatina che influenzano il genoma e l’espressione genica senza alterare il DNA stesso. L’epigenoma decide quale gene deve essere “ON” oppure “OFF” in una singola cellula, decide quando e dove accendere la trascrizione delle sequenze di DNA che guidano la normale crescita e differenziazione nello sviluppo fetale ed embrionale. Numerosi meccanismi epigenetici, quali la

La Sindrome di Prader Willi si caratterizza nel neonato per ipotonia e difficoltà di alimentazione e, successivamente, per iperfagia, obesità, ipoganadismo, dismorfismi, bassa statura, DI, turbe comportamentali e, in circa il 20% dei casi, epilessia. Diversi meccanismi genetici alla base della sindrome: il 70-75% dei casi è determinato dalla delezione della regione critica Prader Willi/Angelman (PWACR) 15q11.2-13 del cromosoma paterno. Il 25% circa da Disomia Uniparentale materna del cromosoma 15. il 1% circa da difetto del Centro dell’Imprinting.

La sindrome di Angelman è caratterizzata da grave DI con assenza del linguaggio, caratteristico comportamento, dismorfismi, microcefalia ed epilessia. Come la Prader willi la sindrome sottende diversi meccanismi genetici: delezione della regione critica PWACR del cromosoma 15 materno (70% dei casi), disomia uniparentale paterna (7% circa), difetti del Centro dell’Imprinting (3% circa), mutazioni del gene materno UBE3A (11% circa) e sconosciuta per circa 10 % dei pazienti. Entrambi le sindromi sono associate all’imprinting genomico che è una forma di regolazione epigenetica nella quale i segnali epigenetici regolano l’espressione genica in modo specifico in relazione all’origine genitoriale (vedi le alterazioni epigenetiche).

La FISH ha quindi permesso la rapida conferma diagnostica delle sospette sindromi ed ha anche dato la possibilità di analizzare le regioni subtelomeriche le cui microdelezioni o duplicazioni sono responsabili del 2.5-5% dei RM precedentemente non spiegati (Ravnan et Al, 2006).

metilazione nelle isole CpG del DNA, le modificazioni covalenti delle proteine istoniche, RNA non codificanti, e altri meccanismi che controllano l’organizzazione della cromatina, lavorano di concerto per guidare l‘espressione genica appropriata. Fra tutti questi, due meccanismi l’inattivazione del cromosoma X e l’imprinting genomico, sono particolarmente importanti nel mantenere il corretto pattern di espressione genica durante lo sviluppo precoce. L’inattivazione del cromosoma X è il paradigma della compensazione del dosaggio genico nelle femmine, determinando l’espressione monoallelica di molti geni X-linked. L’imprinting genomico si riferisce ai processi per i quali alcuni geni, che portano il marchio dell’origine genitoriale, hanno la capacità di guidare l’espressione genica monoallelica specifica dell’origine genitoriale in certi tipi di cellule e in specifici tempi dello sviluppo. Mentre alcuni segnali epigenetici sono stabili nel tempo altri presentano una plasticità evolutiva. Le alterazioni epigenetiche, epimutazioni causate da diversi meccanismi, determinano molte patologie umane fra le quali anche i disordini dell’imprinting. I due principali componenti del codice epigenetico sembrano essere la metilazione del DNA e le modificazioni della cromatina. Entrambi sono necessari per un corretto sviluppo e differenziamento, entrambi se mal controllati sono coinvolti in gravi patologie umane La Metilazione ha due funzioni principali: l’inibizione dell’espressione genica e il mantenimento dell’integrità genomica attraverso l’inattivazione di sequenze parassite. Specifiche proteine come le DNA metiltransferasi (DNMT) stabiliscano e mantengono il pattern della DNA metilazione. Indirettamente la metilazione regola la struttura cromatinica e la sua accessibilità ai fattori di trascrizione. L’altro meccanismo che è coinvolto nell’espressione genica è rappresentato dalle modificazioni covalenti delle proteine istoniche che formano il cuore del nucleosoma. Le modificazioni delle proteine istoniche (acetilazione, deacetilazione,metilazione) influenzano la struttura della cromatina, l’interazione fra cromatina e fattori di trascrizione e la formazione dei complessi trascrizionali. I due meccanismi metilazione e modificazioni istoniche, non agiscono separatamente ma di concerto influenzando la struttura cromatinica e l’espressione genica. I difetti della regolazione epigenetica sono responsabili anche di malattie ereditarie, potendo essere la causa diretta ma anche causa associata.(Inbar-Feigenberg, 2013; Gos M, 2013)

La recente introduzione delle tecniche di studio dell’intero genoma ha portato ad un rapido incremento delle sindromi da microdelezione e microduplicazione, le cosiddette “nuove “sindromi. Alcune sono riportate nella tabella allegata.

Tabella 5: Le sindromi da microdelezione e microduplicazione associate a DI e patologie correlate

(da Mefford et al, 2012).

Una delle più frequenti sindromi da microdelezione è la sindrome da delezione 1p36 la cui incidenza è di 1 su 5000 nati vivi. Questa sindrome spiega lo 0,5-1,2% delle DI idiopatiche. E’ caratterizzata da microcefalia e microsomia, ipotonia, cardiopatia, epilessia, malformazioni cerebrali, dismorfismi caratteristici. Il 100% dei pazienti manifesta Ritardo dello sviluppo/DI e solo pochi DSA (Battaglia et al, 2008).

Altre microdelezioni o microduplicazioni si manifestano con fenotipi variabili, anche in relazione alla delezione o duplicazione del segmento, e con un range di gravità molto ampio. E’ questo il caso delle Sindromi caratterizzate da CNVs a carico di 1q21.1, 15q13.3, 16p13.11, 16p11.2 e 22 q11.2. La sindrome microdezione/microduplicazione 1q21.1 è associata ai disordini del neurosviluppo, micro o macrocefalia. La DI associata è di grado variabile mentre Il 7% dei pazienti con la delezione e il 30% di quelli con la duplicazione presentano sintomi dello spettro autistico. La costellazione dei dismorfismi riportati non è uniforme in tutti i pazienti riportati in letteratura. Sia la delezione che la duplicazione sono state riportate in genitori sani e in controlli (Brunetti-Pierri et al, 2008).

Un altro esempio di eterogeneità fenotipica è quella riscontrata in associazione alle delezioni 16p11.2. Identificate in pazienti affetti da Autismo sono anche state ritrovate in pazienti con DI associata o meno ad obesità e in assenza di dismorfismi costantemente presenti.

Molte nuove sindromi sono state identificate in pazienti che condividono lo stesso fenotipo quali per esempio la microdelezione 17q21.31 caratterizzata da DI di grado moderato-grave, ipotonia, dismorfismi facciali, anomalie cardiache e renali e crisi epilettiche.

Per diverse sindromi dobbiamo evidenziare ancora quelle situazioni nelle quali il fenotipo clinico della microdelezione/microduplicazione è determinato dal coinvolgimento di un singolo gene; esempi sono il gene SHANK3 coinvolto nella sindrome di Phelan-McDErmid o 22q13 deletion

syndrome o il gene EHMT1 per la sindrome Kleefstra, la 9q34.3 microdeletion syndrome.

L’autismo è un tratto frequente nella sindrome di Phelan McDermid ed è stato riportato in pochi casi don duplicazione 22q13 includente il gene SHANK3 (Durand et al 2007). Il quadro clinico è caratterizzato da Ritardo di sviluppo/DI, talvolta di grado grave-profondo, linguaggio assente, ipotonia, dismorfismo e diminuzione della sudorazione. Il CNV può essere de novo o ereditato. la sindrome Kleefstra è determinata dalla delezione 9q34.3. La delezione può essere di varia dimensione ma include sempre il gene EHMT1 dalla cui delezione dipende il quadro clinico, come dimostrato anche dal fatto che il 25% dei pazienti presenta mutazioni intrageniche. Il quadro clinico è caratterizzato tipici dismorfismi facciali, microcefalia, ipotonia e DI. Alcuni pazienti presentano DSA (Kleefstra T, 2010).