Importanza delle correlazioni gene

Rivista Italiana di Genetica e Immunologia Pediatrica - Italian Journal of Genetic and Pediatric Immunology
Anno I numero 2 - luglio 2009 | direttore scientifico: Carmelo Salpietro - direttore responsabile: Giuseppe Micali
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Importanza delle correlazioni gene-fenotipo nelle condizioni associate al segno del dente
molare: studio clinico-genetico
1
2, 3
Maria Amorini , Francesco Brancati
2, 4,
, Lorena Travaglini
1
1
1
2
Vincenzo Salpietro , Maria Concetta Cutrupi , Luciana Rigoli , Bruno Dallapiccola , Enza Maria
1, 2
Valente
1
Dipartimento di Scienze Pediatriche Mediche e Chirurgiche, Università di Messina
2
Istituto CSS-Mendel, Roma
3
CESI e Dipartimento di Scienze Biomediche, Università G. D'Annunzio, Chieti
4
Dipartimento di Medicina Sperimentale, Università La Sapienza, Roma
Abstract
Joubert syndrome and related disorders (JSRD) represent a group of
autosomal recessive multiorgan syndromes sharing a peculiar cerebellum and
brainstem malformation recognizable on brain magnetic resonance imaging as
the "molar tooth sign". In spite of the marked clinical and genetics
heterogeneity of JSRD, the identification of several disease loci / genes
(JBTS3-8) and the mutational analysis on large cohorts allowed to perform
some gene-phenotype correlations, which represent a useful support for
genetic counselling and provide prognostic indications to families. Some of
these correlations are especially relevant, such as the cerebellar-oculo-renal
phenotype that is caused in about half of cases by mutations in the CEP290
gene, and the COACH phenotype (Joubert syndrome plus congenital hepatic
fibrosis), caused in over 70% cases by mutations in the MKS3 gene. In this
article we present a clinical and genetic study of two patients representative of
these conditions, and discuss the importance of gene-phenotype correlates for
the diagnostic and prognostic assessment of patients with JSRD.
Sommario
Le condizioni correlate alla sindrome di Joubert (JSRD) sono un gruppo di
patologie multiorgano che condividono una peculiare malformazione del
cervelletto e del troncoencefalo, detta “segno del dente molare" per il
caratteristico aspetto evidente alla risonanza magnetica cerebrale. Nonostante
la marcata eterogeneità clinica e genetica delle JSRD, negli ultimi anni
l’identificazione di numerosi loci / geni malattia e le analisi mutazionali su
ampie casistiche hanno permesso di delineare alcune correlazioni
gene-fenotipo, che rappresentano un utilissimo sostegno per la consulenza
genetica e per fornire indicazioni prognostiche alle famiglie. Alcune di tali
correlazioni risultano essere particolarmente rilevanti, come ad esempio il
fenotipo cerebello-oculo-renale, causato in circa il 50% dei casi da mutazioni
del gene CEP290, ed il fenotipo COACH (sindrome di Joubert associata a
fibrosi epatica congenita), causata in oltre il 70% dei casi da mutazioni del
gene MKS3. In questo articolo presentiamo lo studio clinico e genetico di due
pazienti rappresentativi di tali condizioni e discutiamo l’importanza delle
correlazioni gene-fenotipo nell’inquadramento diagnostico e prognostico dei
pazienti con JSRD.
Introduzione
La sindrome di Joubert (SJ; MIM [213300]) è una rara patologia malformativa
congenita del sistema nervoso centrale (SNC), che coinvolge principalmente il
cervelletto ed il troncoencefalo. Nel 1997, Maria e collaboratori hanno identificato un
quadro neuroradiologico caratteristico della SJ definito “segno del dente molare”
(MTS), caratterizzato da: 1) ipo/aplasia del verme cerebellare; 2) ispessimento e
malrotazione dei peduncoli cerebellari superiori; 3) assottigliamento dell’istmo ed
approfondimento della fossa interpeduncolare (11, 12). Il MTS è stato
successivamente riscontrato in numerose sindromi cliniche distinte caratterizzate dal
quadro neurologico della SJ in associazione con variabile coinvolgimento di altri
organi e sistemi, principalmente la retina ed il rene. Tali patologie sono state definite
“patologie correlate alla sindrome di Joubert” (Joubert syndrome related disorders JSRDs). Tra queste ricordiamo la sindrome COACH (JS associata a fibrosi epatica
congenita), la sindrome di Dekaban-Arima, la sindrome di Joubert con retinopatia, la
sindrome di Joubert con polimicrogiria, la sindrome di Malta, la sindrome di Marsh, la
sindrome di Varadi-Papp o oro-facio-digitale di tipo VI (OFD VI) e varianti di
sindrome di Senior-Loken (SLS) con coinvolgimento cerebellare (7, 15). Tale
complessa nosologia comporta notevoli problematiche legate alla marcata variabilità
fenotipica anche intrafamiliare, alla notevole sovrapposizione clinica tra sindromi
considerate distinte e alla difficoltà di assegnare singoli pazienti a specifiche
categorie diagnostiche.
Recentemente, grazie all’identificazione di due loci (JBTS1-2) e 6 geni (JBTS3-8) e
le analisi mutazionali di ampie casistiche, si preferisce classificare i pazienti con
JSRD seguendo una più semplice nomenclatura clinico-genetica che si basa anche
sulle correlazioni gene-fenotipo ad oggi note (18):
1) JS pura: Il gene più comunemente mutato in questo sottogruppo è AHI1;
2) JS associata a retinopatia: anche in questo gruppo il gene più rilevante è AHI1,
mutato in circa il 20% dei pazienti;
3) JS associata a coinvolgimento renale: questo fenotipo raro è dovuto a mutazioni
sia in RPGRIP1L sia in NPHP1 (quest’ultimo possibilmente associato con mutazioni
in altri geni modificatori);
4) Sindrome cerebello-oculo-renale (COR): oltre il 50% dei casi sono dovuti a
mutazioni di CEP290;
5) JS + fibrosi epatica congenita (COACH): oltre il 70% dei casi sono dovuti a
mutazioni del gene MKS3.
In questo articolo descriviamo due casi clinici rappresentativi dei sottogruppi COR e
della sindrome di COACH, per sottolineare l’importanza delle correlazioni
gene-fenotipo anche alla luce della valutazione prognostica dei pazienti.
Pazienti e metodi
Casi clinici
Paziente 1 (AR, maschio, 3 anni): non viene riferita consanguineità. Nel periodo
neonatale ha presentato episodi di tachipnea alternati a bradipnea, che si sono
progressivamente risolti nel tempo, unitamente a ritardo nell’acquisizione delle tappe
psicomotorie, ipotonia, nistagmo, lievi tremori ed ipovisione marcata. La RMN
cerebrale ha mostrato ipoplasia del verme cerebellare ed il caratteristico “segno del
dente molare”, diagnostico di JSRD (Figura 1A). L’esame del fundus oculi ha
mostrato un quadro di retinopatia e l’elettroretinogramma è risultato estinto, mentre
l’ecografia renale ha dimostrato la presenza di cisti bilaterali a livello della giunzione
cortico-midollare in assenza di sintomatologia clinica. Visto il quadro clinico di
sindrome di Joubert associata a coinvolgimento renale e retinico, il test geneticomolecolare di elezione in questo paziente è stato lo studio mutazionale del gene
CEP290 (2).
Paziente 2 (SB, maschio, 4 anni): anche in questo caso non viene riferita
consanguineità. Il quadro clinico è caratterizzato da ipotonia neonatale, nistagno,
aprassia oculomotoria, ritardo dello sviluppo e mentale, ritardo di crescita (peso e
altezza inferiori al terzo centile), anomalie respiratorie, movimenti coreo-distonici ed
ipereflessia. La risonanza magnetica encefalica ha dimostrato un grave quadro
malformativo della fossa cranica posteriore con ipoplasia del verme e segno del
dente molare (Figura 1B). Dato il riscontro di epatomegalia ed elevati livelli degli
enzimi epatici, è stata effettuata una biopsia epatica che ha dimostrato la presenza
di fibrosi congenita epatica.
A livello retinico il paziente presenta coloboma bilaterale, mentre ad oggi non sono
evidenti segni di coinvolgimento renale. In questo paziente, l’associazione di segni
neurologici e neuro radiologici di JSRD con fibrosi epatica congenita e coloboma
corio retinico consente di porre la diagnosi di sindrome COACH, e l’indagine
genetica di elezione è lo studio mutazionale del gene MKS3 (3).
Studio genetico-molecolare
L’estrazione del DNA è stata eseguita mediante tecniche standard. L’analisi
mutazionale dei geni CEP290 (paziente 1) e MKS3 (paziente 2) è stata effettuata
mediante amplificazione con PCR di ciascun esone e giunzione esone-introne dei
geni, come precedentemente descritto (3, 19), seguita da Denaturing High
Performance Liquid Chromatography (DHPLC) e successivo sequenziamento diretto
dei pattern anomali mediante chimica Big Dye Terminator e un sequenziatore
automatico 3130 XL Genetic Analyzer (Applied Biosystems). La segregazione delle
mutazioni identificate è stata confermata analizzando i genitori dei probandi. La
patogenicità delle mutazioni è stata inoltre verificata analizzando 200 cromosomi di
controllo.
Risultati e discussione
L’analisi molecolare mirata nei due probandi con fenotipo COR e COACH ha portato
in entrambi i casi ad identificare la mutazione patogenetica nei geni studiati.
Il paziente 1 è risultato omozigote per la mutazione nonsenso c.4882C>T
(p.Q1628X) nell’esone 37 del gene CEP290 (Figura 2), di cui i genitori erano
entrambi portatori in eterozigosi. Si tratta di una mutazione già precedentemente
descritta in pazienti JSRD, qui riscontrata per la prima volta in omozigosi. Il gene
CEP290 codifica per una proteina putativa centrosomiale, costituente fondamentale
del cilio primario. Il quadro clinico associato a mutazioni di CEP290 è estremamente
variabile, includendo JSRD con fenotipo cerebello-oculo-renale o con fenotipi
incompleti cerebello-retinici e cerebello-renali, ma anche condizioni cliniche diverse
come
sindrome
di
Meckel
(una
ciliopatia
letale
caratterizzata
da
occipitoencefalocele, displasia renale cistica, fibrosi epatica e polidattilia), l’amaurosi
congenita di Leber (LCA) isolata, e la sindrome di Senior-Loken (nefronoftisi +
retinopatia) (1, 2, 5, 9, 14, 16, 19). Tuttavia, la correlazione più forte si riscontra con
il sottogruppo fenotipico COR, che in un caso su due presenta mutazioni
patogenetiche di CEP290, per lo più clusterizzate nella seconda metà del gene (2).
Il paziente 2 è risultato eterozigote composto per le mutazioni c.1319G>A (p.R440Q)
nell’esone 13 e c.2182A>G (p.S728G) nell’esone 21 del gene MKS3 (Figura 3). Tale
gene codifica per la proteina Meckelina, ed è stato inizialmente identificato come
causativo di circa il 7% dei pazienti con Sindrome di Meckel (4, 10, 17). Tuttavia, il
nostro gruppo ha dimostrato la forte associazione con il fenotipo COACH,
confermata in seguito anche da altri (3, 6, 8). Lo spettro fenotipico di MKS3 è stato
inoltre recentemente espanso ad includere una forma di nefronoftisi con fibrosi
epatica ma senza coinvolgimento neurologico (13).
I risultati ottenuti nei due pazienti descritti in questo lavoro confermano l’importanza
delle correlazioni gene-fenotipo nell’indirizzare l’analisi genetica verso uno o l’altro
gene-malattia. Questo è di grande aiuto soprattutto in condizioni caratterizzate da
marcata eterogeneità genetica come le JSRD, in cui i geni coinvolti sono numerosi e
spesso costituiti da numerosi esoni, rendendo lungo ed oneroso il processo
diagnostico di ricerca delle mutazioni causative in ciascun paziente. Un altro
vantaggio è rappresentato dalla migliore definizione di indicazioni prognostiche
specifiche in ciascun caso, consentendo di migliorare l’efficacia della consulenza
genetica, di offrire alle coppie a rischio una diagnosi prenatale precoce in caso di
future gravidanze ed infine di pianificare una più mirata presa in carico dei pazienti.
L’esempio del probando con fenotipo COR è illustrativo in quanto il riscontro di
mutazioni nel gene CEP290, soprattutto in presenza di cisti renali, rende
estremamente plausibile la possibilità che il piccolo paziente sviluppi nel tempo un
quadro di insufficienza renale acuta o cronica dovuta alla progressione della
nefronoftisi. Una gestione tempestiva di questo aspetto consente l’inserimento
precoce del paziente in un adeguato protocollo di sorveglianza renale e follow-up, al
fine di rallentare la progressione della malattia e prevenire lo sviluppo di
complicanze come anemia, difetto di crescita o ostiodistrofia renale.
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Sezioni sagittali mediane e assiali di risonanza magnetica encefalica in A)
paziente 1 e B) paziente 2. Le frecce nere indicano l’ispessimento e
orizzontalizzazione dei peduncoli cerebellari superiori, mentre le frecce
bianche indicano l’ipo-displasia del verme cerebellare.
Elettroferogrammi delle mutazioni identificate nel paziente 1 (gene CEP290).
Dall’alto, padre e madre eterozigoti per la mutazione p.Q1628X (frecce blu) e
paziente omozigote (freccia rossa).
Elettroferogrammi delle mutazioni identificate nel paziente 2 (gene MKS3).
Dall’alto, padre e madre eterozigoti rispettivamente per le mutazioni p.R440Q e
p.S728G (frecce blu) e paziente eterozigote composto per entrambe le
mutazioni (frecce rosse).
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Trimestrale di divulgazione scientifica dell'Associazione Pediatrica di Immunologia e Genetica
Legge 7 marzo 2001, n. 62 - Registro della Stampa Tribunale di Messina n. 3/09 - 11 maggio 2009
Carmelo Salpietro - Direttore responsabile
Giuseppe Micali - Segreteria redazione
Basilia Piraino - Piera Vicchio
Direzione-Redazione: UOC Genetica e Immunologia Pediatrica - AOU Policlicnico Messina