I criteri che venivano tradizionalmente utilizzati per stabilire se un riarrangiamento fosse causativo di una data sindrome includevano:
• la comparsa de novo della duplicazione o delezione in un individuo affetto, in presenza di genitori sani;
• la ricorrenza dello stesso riarrangiamento in individui affetti da patologia simile;
• l’assenza della delezione o duplicazione nella popolazione di controllo.
Esempi di malattie genetiche con queste caratteristiche sono la sindrome di Williams- Beuren, la sindrome Prader-Willi e la sindrome di Angelman.
L’avvento dell’array-CGH ha permesso di individuare variazioni del numero di copie di segmenti genomici (CNV) anche molto grandi (>1 Mb), sia in delezione che in duplicazione, il cui significato non è sempre di facile attribuzione. Alcune di queste CNV sono state individuate solo in soggetti sani, e quindi sono considerate benigne. Altre invece sono patogenetiche in quanto causative di un fenotipo ben definito e questo ha permesso l’identificazione di numerose nuove sindromi, ad esempio la sindrome da delezione 15q24 e da delezione 12q14.
Esistono poi CNV il cui significato clinico richiede ancora ulteriori approfondimenti. Queste CNV mostrano un’ampia variabilità fenotipica: i soggetti affetti sembrano condividere unicamente lo sbilanciamento dello stesso segmento genomico, ma spesso non mostrano alcuna caratteristica clinica comune e non possono, quindi, essere selezionati sulla base di criteri clinici. La presenza della CNV è inoltre necessaria, ma non sufficiente per determinare la sindrome, in quanto può essere presente anche in individui sani, e spesso risulta ereditata da un genitore asintomatico.
Gli sbilanciamenti della regione 1q21.1-q21.2, descritti in questo lavoro di tesi, costituiscono un esempio di questo nuovo tipo di sindrome genomica, caratterizzata da un’ampia variabilità fenotipica e una penetranza incompleta.
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4.6.1 Variabilità fenotipica associata a sbilanciamenti 1q21.1 in letteratura
Dai dati presenti in letteratura su soggetti portatori di una microdelezione o di una microduplicazione tra BP3 e BP4, emerge come il fenotipo sia molto variabile, da grave ritardo nello sviluppo, anomalie congenite multiple ad assenza di sintomi. Questa estrema variabilità rappresenta un grosso ostacolo per il genetista clinico, che non ha strumenti per sospettare queste alterazioni o per distinguere i portatori di una microdelezione da quelli con una microduplicazione.
Infatti, alcune caratteristiche piuttosto aspecifiche sono condivise dalla maggior parte degli individui analizzati, mentre tratti specifici sono descritti in casi isolati (Tabella 4.3-Mefford et al. 2008; Brunetti-Pierri et al. 2008, Rosenfeld et al. 2012):
Sbilanciamento fra BP3/BP4 Fenotipo
Microdelezione/microduplicazione
Lieve/moderato ritardo dello sviluppo neuromotorio Disabilità intellettiva
Lieve/moderato dismorfismo cranio facciale Autismo
Epilessia
Disturbi comportamentali Comportamenti asociali
Anomalie cardiache Diversi tipi di cataratta
Ipotonia Lassità dei legamenti
Microdelezione Microcefalia
Microduplicazione Macrocefalia
Sbilanciamento fra BP2/BP3 Fenotipo
Microdelezione TAR (Sindrome Trombocitopenia e Assenza del Radio)
Tabella 4.3 Fenotipi decritti in letteratura nei portatori di uno sbilanciamento 1q21.1.
Il ritardo nello sviluppo neuromotorio e la disabilità intellettiva, che sono presenti nei ¾ dei soggetti, sono caratteristiche che si manifestano spesso negli individui portatori di uno sbilanciamento genomico, indipendentemente dalla regione cromosomica coinvolta; la maggior parte dei portatori di una microdelezione o di una microduplicazione sul
62 cromosoma 1q21.1 presenta un lieve o moderato ritardo nello sviluppo, che coinvolge soprattutto il linguaggio e le capacità motorie (Mefford et al. 2008).
I dismorfismi cranio facciali sembrano essere comuni nei portatori di uno sbilanciamento della regione 1q21.1 ed includono: bozze frontali, occhi infossati e ponte nasale largo nei portatori della microdelezione; bozze frontali e ipertelorismo nei portatori della microduplicazione, anche se non ci sono caratteristiche facciali che permettano una chiara distinzione fra i due casi.
Nella maggior parte dei soggetti portatori di una microdelezione o di una microduplicazione è stata descritta anche microcefalia o macrocefalia, rispettivamente (Brunetti-Pierri et al. 2008). Infine in molti individui, portatori sia di una microdelezione che di una microduplicazione, sono stati descritti disturbi comportamentali che includono il Deficit di Attenzione/Iperattività (ADHD), ansia/depressione, autismo, comportamenti asociali, aggressione e anche allucinazioni (Brunetti-Pierri et al. 2008).
Altre anomalie, riportate in pazienti portatori della microdelezione o della microduplicazione, sono anomalie cardiache congenite, epilessia, diversi tipi di cataratta, ipotonia e lassità dei legamenti (Brunetti-Pierri et al. 2008; Mefford at al. 2008).
La microdelezione che può verificarsi fra i breakpoint BP1 e BP4 è associata ad un fenotipo più complesso perché coinvolge molti altri geni. In particolare questo sbilanciamento, include la regione fra BP2 e BP3, la cui delezione è necessaria ma non sufficiente a causare la sindrome Trombocitopenia e Assenza del Radio (TAR).
Il fenotipo caratteristico di questa sindrome è l’assenza bilaterale del radio, la trombocitopenia e la presenza di malformazioni scheletriche con anomalie degli arti. Inoltre questi pazienti possono mostrare problemi di sviluppo e dell’alimentazione, difetti cardiaci, anomalie renali e genitali, epilessia e perdita dell’udito (Rosenfeld et al. 2012).
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4.6.2 Variabilità fenotipica associata a sbilanciamenti 1q21.1 nei nostri pazienti
Gli 8 pazienti portatori di una microdelezione o di una microduplicazione 1q21.1-q21.2, riportati in questo lavoro, sono anch’essi caratterizzati da un’ampia variabilità fenotipica. Nei tre pazienti in cui è stata rilevata una microdelezione di circa 1,22 Mb, (tra BP3/BP4) sul cromosoma 1q21.1-q21.2, sono state osservate difficoltà nell’acquisizione del linguaggio e nell’apprendimento, dismorfismi facciali, diabete e insufficienza valvolare aortica, in accordo con quanto riportato in letteratura.
La reciproca microduplicazione di 1,22 Mb è stata trovata in due degli otto casi. I pazienti presi in analisi mostrano dismorfismi, disabilità intellettiva e del linguaggio, e in un caso sono stati rilevati un Disturbo Pervasivo dello Sviluppo e un difetto interventricolare sottoaortico.
In letteratura, l’aploinsufficienza del gene GJA5 è stata associata a difetti cardiaci, cardiomiopatie e, in particolare, la ridotta espressione di GJA5 è stata associata a fibrillazione atriale (Christiansen et al. 2004). Tuttavia, la presenza di difetti cardiaci anche in pazienti portatori della duplicazione 1q21.1-q21.2, suggerisce un’associazione fra questa caratteristica e un’alterazione del dosaggio genico.
Nelle due sorelle portatrici di una microdelezione più ampia, di circa 2,8 Mb, il quadro clinico è molto grave: sono stati riscontrati declino cognitivo con perdita progressiva delle capacità motorie e cataratta congenita bilaterale. Questo specifico carattere fenotipico può essere correlato all’aploinsufficienza del gene GJA8. Infatti, studi condotti su individui affetti da diversi tipi di cataratta congenita hanno rivelato la presenza di differenti mutazioni missenso in eterozigosi sul gene GJA8 (Berry et al. 1999; Willoughby et al. 2003; Devi and Vijayalakshmi 2006; Arora et al. 2008).
Inoltre, nonostante la microdelezione rilevata in queste pazienti comprenda la regione coinvolta nella TAR, non è presente alcuna caratteristica fenotipica specifica di questa sindrome.
Nel paziente portatore di una microduplicazione più ampia, di circa 8 Mb, sono stati riscontrati un ritardo psicomotorio grave, dismorfismi e microcefalia vera: questa caratteristica è in disaccordo con quanto riportato in letteratura da Brunetti-Pierri et al. (2008) che hanno rilevato microcefalia e macrocefalia in individui portatori, rispettivamente, di una microdelezione e microduplicazione 1q21.1-q21.2.
64 Anche se non è semplice correlare l’alterazione del dosaggio di un determinato gene con la disabilità intellettiva, molto frequente in questi pazienti, bisogna sottolineare che due geni nella regione comune, CHD1L e PRKAB2, benché espressi in molti tessuti, mostrano una particolare espressione nel tessuto cerebrale.
CHD1L potrebbe giocare un ruolo importante nella disabilità intellettiva e nel ritardo psico- motorio in quanto sono stati descritti oltre 18 geni, che hanno un ruolo nel rimodellamento della cromatina, associati a disabilità intellettiva (Harvard et al. 2011). L’altro gene candidato è PRKAB2, in quanto è stato visto che topi knock-out per PRKAB2 hanno una ridotta attività del complesso AMPK e mostrano profonde anomalie a livello del sistema nervoso centrale. Quindi l’attivazione di AMPK è neuroprotettiva e la sua attività inibitoria a livello del pathway di mTOR è necessaria per l’apprendimento e la memoria.
Infine, dallo studio del DNA dei genitori, quando possibile, risulta una penetranza incompleta di questo sbilanciamento: nei pazienti 1, 2, 3 e 6 è stato ereditato dal padre mentre nelle pazienti 4 e 5 è stato ereditato dalla madre che tuttavia risultano completamente asintomatici.