Novità dalla genetica nella sclerosi
laterale amiotrofica
Adriano Chiò
Centro Regionale Esperto SLA (CRESLA)
Dipartimento di Neuroscienze
Università di Torino
Modena, 18 maggio 2012
l
La SLA oggi viene considerata una malattia
complessa, caratterizzata dall’interazione fra
fattori genetici e fattori ambientali.
Genetica
Genetica
+
Ambiente
Ambiente
l
l
l
l
British Twin Study: 10.872 certificati di morte di pz con
SLA - identificate 75 coppie di gemelli di cui almeno uno
con SLA
Swedish Twin Register: su 86.411 coppie di gemelli
identificati 73 coppie di gemelli, di cui almeno uno con
SLA
Ereditabilità :
Componente ambientale:
0,61 (0,38-0,78)
0,39 (0,22-0,62)
Le dimensioni fenotipiche della SLA
II MN
I + II MN
I MN
ALS
PMA
PLS
Classic
& bulbar
Flail arm
& Flail
leg
Axial
ALS
UMN
pred.
ALS
Le dimensioni fenotipiche della SLA
I asse
II MN
I + II MN
I MN
II asse
ALS without
dementia
ALS Bi
ALS Ci
ALS-FTD
Le dimensioni fenotipiche della SLA
III asse
ALS without
extrapyramidal
signs and
symptoms
?
ALS with
extrapyramidal
signs and
symptoms
La SLA familiare
Frequenza di fALS in nel
registro piemontese
%
Frequenza di fALS per età di
esordio dei pazienti
%
classi d’età
Classificazione delle SLA familiari
Nomenclatura
Frequenza
dei casi
Ereditarietà
Nome della
malattia
Gene
Locus
Proteina
ALS1
20%
AD/AR
SOD-FALS
SOD1
21q22.1
Cu-Zn
Superossido
dismutasi
ALS2
Rara
AR
ALS
giovanile
tipo 3
ALS2
2q33
Alsina
ALS3
Singola
famiglia
AD
FALS
-
18q21
Sconosciuta
ALS4
Rara
AD
Neuropatia
ereditaria
distale con
segni
piramidali
SETX
9q34
Senatassina
ALS5
Rara
AR
ALS
giovanile
SPG11
15q15.1q21.1
Spatacsina
ALS6
4%
AD/AR
FALS
FUS/TLS
16q12
FUS/TLS
ALS7
Singola
famiglia
AD
FALS
-
20tel
Sconosciuta
Classificazione delle SLA familiari
Nomenclatura
Frequenza
dei casi
Ereditarietà
Nome della
malattia
Gene
Locus
Proteina
ALS8
Rara
AD
SMA tipo
Finkel
VAPB
20q13
VAPB
(prossimale)
ALS9
Rara
AD?
FALS
ANG
14q11.2
Angiogenina
ALS10
8%
AD
FALS
TDP-43
1p36
TAR DNAbinding
protein
ALS11
Rara
AD
FALS
FIG4
6q21
Fosfoinositide
5-fosfatasi
ALS12
Rara
AD/AR
FALS
OPTN
10p15p14
Optineurina
ALS13
?
AD
FALS
ATXN2
12q24
Atassina2
ALS14
2%
AD
FALS
VCP
9p13.3
Valosin
containing
protein
ALS15
?
X-linked D
FALS
UBQLN2
Xp11.21
Ubiquilin2
Classificazione delle ALS-FTD
familiari
Nomenclatura
Frequenza
dei casi
Ereditarietà
Nome della malattia
Gene
Locus
Proteina
ALS/FTD1
Rara
AD
ALS con FTD
-
9q21q22
Sconosciuta
ALS/FTD2
Frequente
AD
ALS con lieve
compromissione
cognitiva
c9orf72
9q21.29p13.3
c9orf72
FTD-ALS
Rara
AD
Complesso
disinibizionedemenzaparkinsonismoamiotrofia
MAPT
17q.21.1 MAPT
Un carrellata di geni
ALS6 – FUS/TLS
l
l
Mutazioni del gene FUS causano una SLA classica,
raramente associata a FTD
Sembra interessare il 4% delle SLA familiari e <1%
delle SLA sporadiche
Caratteristiche e funzione di
FUS/TLS
l
Analogamente alla TDP43, nei casi con
mutazione FUS sono presenti aggregati
citoplasmatici
l
FUS/TLS è una RNA-DNA binding protein,
con funzioni sullo splicing dell’mRNA
FUS/TLS in Italia
l
Chiò: Due famiglie (3,7%) su 52 casi indice studiati
(una nuova famiglia identificata dopo la pubblicazione del lavoro)
l
Ticozzi: Cinque famiglie (5,3%) su 94 casi indice studiati
FUS/TLS nei casi sporadici
Circa lo 0,5% dei casi sporadici di SLA presenta una
mutazione verosimilmente patogena di FUS/TLS
FUS è spesso
caratterizzata da
mutazioni de novo
ALS13
l
l
l
Espansioni poliQ di
lunghezza intermedia del
gene ATXN2 costituiscono
un fattore rischio per la
SLA
Possibile ruolo di ATXN2
sul processing dell’RNA
Cautela:
l
l
Da: Van Damme et al, 2011
Non chiaro il cut-off di
ripetizioni (>28?)
Identificati soggetti sani con
30-32 ripetizioni
ALS14
l
l
l
l
Da: Shaw, 2010
Identificato mediante tecnica degli
esomi (DNA codificante per le
proteine, 5% del DNA)
VCP già noto come causa di miosite a
corpi inclusi, malattia di Paget e
demenza fronto-temporale (IBMPFT),
autosomico dominante
Proteina connessa sia con la
degradazione del proteasoma e con
l’autofagia.
Stretta correlazione funzionale con
TDP43 e progranulina
Co-presenza di SLA
e FTD nella stessa
famiglia
l
l
l
l
III-2: esordio a 59 anni,
durata 23 mesi
II-1, II-2, II-3: FTD
II-3 anche affetto da
SM
II-6 deceduto a 31 anni
per incidente stradale
ALS15
l
l
l
l
Ubiquilina 2: primo gene X-linked
(dominante) identificato nella SLA
Fenotipo SLA e SLA-FTD
UBQLN2 co-segrega con TDP43
Mutazioni del gene UBQLN2
compromettono la degradazione
del proteasoma mediato da
ubiquilina2
UBQLN2 causa sia SLA sia
ALS-FTD
l
Nel pedigree originale
sono presenti casi sia
di SLA senza
demenza, sia di SLA
con demenza (indicati
con l’asterisco)
TARDBP (TDP43): un gene,
molti fenotipi
ALS 10 - TDP-43
l
l
l
l
Clinicamente si tratta di una SLA classica
La mutazione sembra interessare il 2-5%% delle SLA familiari e l’1%
delle SLA sporadiche
MA
Vi è un accumulo di TDP-43 nei neuroni corticali e nei motoneuroni di
tutti i pazienti con SLA (tranne quelli con mutazione SOD1!)
È una proteina nucleare che regola la trascrizione e lo splicing
dell’RNA. Nella SLA appare sequestrata nel perikaryon e quindi non in
grado di svolgere la sua funzione a livello nucleare.
Caratteristiche della TDP-43
Da Strong et al, Mol Cell Neurosci 2007
l
Localizzazione
citoplasmatica della
proteina nei pazienti
con SLA
Sano
SLA
l
Da Banks et al, Mamm Gen 2008
SLA
Mutazioni descritte in
casi di SLA familiare e
sporadica
Confronto fra le casistiche italiane
(casi sporadici)
SALS
età
media
genere
(F)
esordio
%
mutati
(bulbare)
mutati
Corrado et al
541
52.2
35%
?
12
2.2
Del Bo et al
298
59.3
39%
21.4%
3
1.0
ITALSGEN
631
61.5
40%
30.0%
7
1.1
Mutazione più frequente in Italia: A382T
Tutte e tre le famiglie presentano la
mutazione missenso A382T nell’esone 6
Fenotipi correlati a mutazioni di
TARDBP
l
l
l
l
l
l
l
SLA tipica (Sreedharan et al, 2008)
SLA con FTD (Chiò et al, 2010)
SLA con sintomi extrapidamidali (Floris et al 2012)
SLA con paralisi sopranucleare (Chiò et al, 2010)
TARBDP si comporta come un
gene pleiotropico, cioè in grado
Paralisi sopranucleare, corea e FTD (Kovacs et al, 2009)
di determinare quadri clinici
FTD senza malattia del motoneurone (Borroni et al, 2009)
molto eterogenei
Parkinsonismi atipici associati a FTD e UMN (Borghero et
al, 2011)
l
Malattia di Parkinson tipica (Quadri et al, 2011)
TARDBP è
correlata a
così tanti
fenotipi
clinici?
l
‘… sono state identificate funzioni di TDP43
di considerevole complessità mediante le
quali la proteina può agire influenzando vari
processi cellulari (come la trascrizione del
DNA, lo splicing pre-mRNA e l’export/import
dell’m-RNA’
Fenotipi dei
casi mutati
Le mutazioni di TARDBP hanno una
penetranza incompleta
Penetranza : 77,9% (i.c. 95%, 61.7% - 87.2%) a 70 anni
Ridotta penetranza nel sesso femminile? (Orrù et al, 2011)
A382T/A382T
C9ORF72:
una lunga e difficile caccia
2006
2009
2010
l
l
l
Presenza di un singolo
aplotipo nei pazienti con
linkage con 9p.21.2.
Maggiore frequenza
dell’aplotipo nelle
popolazioni nord europee
con gradiente nord-sud
L’aplotipo si estende su
140kb e include tre geni
MOBKL2B, C9orf72 e IFNK
ALS/FTD2: Progressiva riduzione
9p21
previously
linked
to ALS
dell’area
di linkage
del locus
9p21
Il locus sul cromosoma 9p21 giustifica
un’elevata proporzione di casi di SLA
2011
Casi di SLA italiani
sporadici consorzio
ITALSGEN
140
120
100
80
60
40
20
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
Controlli, rosso
SLA, blu
Struttura genomica di c9orf72 e trascritti prodotti dallo
splicing alternativo del pre-mRNA
l
Foci di RNA nucleare, possibile meccanismo patogeno
di c9orf72 nella SLA e nella FTD
C9orf72 - SLA e FTD: due
espressioni fenotipiche dello
stesso gene nella stessa famiglia
Frequenza dei casi con espansione
Renton et al
# casi
% c9orf72 exp.
112
46.4%
# casi
% c9orf72 exp.
fALS finlandesi
112
46.4%
fALS
sALSamericani,
finlandesi tedeschi e
italiani
268
290
38.1%
21.0%
268
38.1%
DeJesus-Hernandez et al
# casi
% c9orf72 exp.
DeJesus-Hernandez et al
# casi
% c9orf72 exp.
fFTD
fFTD americani
americani
237
237
19.0%
19.0%
sFTD americani
americani
sFTD
256
5.5%
fALS americani
34
23.5%
sALS americani
195
4.1%
fALS finlandesi
Renton et al
sALS finlandesi
fALS americani, tedeschi e
italiani
290
21.0%
C9ORF72 in Italia
Italiani
# casi
# espansi
%
# FTD
%FTD
fALS
120
45
37.5%
21
46.7%
sALS
1624
60
3.7%
25
41.7%
Sardi
# casi
%
# FTD
%FTD
fALS
21
12
57.2%
7
58.3%
sALS
133
9
6.8%
4
44.4%
# espansi
Chiò et al, Brain, 2012
Sabatelli et al, Neurobiol Aging, 2012
Confronto con gli altri geni
della SLA
Gene
# index
Gender
Bulbar onset
Cognitive
Median age at onset
cases
(female)
(%)
impairment (%)
(interquartile
(%)
range)
C9ORF72
45
23 (51.1%)
19 (42.2%)
21 (46.7%)
59.0 (50.6-62.9)
FUS
6
2 (33.3%)
1 (16.7%)
0
35.3 (30.4-39.6)
SOD1
38
20 (52.6%)
3 (7.9%)
1 (2.6%)
50.0 (42.8-62.6)
TARDBP
13
4 (30.8%)
4 (30.8%)
4 (30.8%)
66.0 (58.0-70.6)
Unknown
75
32 (42.7%)
25 (33.3%)
7 (9.3%)
60.7 (53.0-68.9)
Overall
177 §
81 (45.8%)
52 (29.4%)
32 (18.1%)
58.0 (47.7-67.5)
p value
-
0.54
0.011
0.0001
0.0001
gene
Caratteristiche della
disfunzione
cognitiva nei
pazienti con
mutazione
C9ORF72
Solo SLA e FTD?
l
Nei pazienti (e nelle famiglie) con SLA e FTD
e mutazione C9ORF72 sono descritti sintomi
‘atipici’
l
l
l
l
Sintomi psicotici (allucinazioni e deliri)
Altri disturbi psichiatrici (es, disturbo ossessivocompulsivo)
Sintomi parkinsoniani
Elevata frequenza di suicidi (FTD?)
Un esempio di pleiotropismo
del gene C9ORF72
l
l
l
l
l
III-1: SLA pura
III-2: SLA/bvFTD con
sintomi psicotici
II-1: bvFTD pura
II-2: bvFTD pura
III-4: diagnosi di
schizofrenia
FALS
UNKNOWN
TARDBP
SOD1
FUS
C9ORF72
… ma l’espressione fenotipica è
davvero monogenica?
Casi con doppia
mutazione
patogena
C9ORF72 e
TARDBP
Caratteristiche cliniche della Famiglia A
Famiglia A
Età di
esordio
Esordio
Fenotipo Durata di malattia
Caso indice(II-2)
43 anni
Bulbare
ALS+FTD
34 mesi
C9ORF72; TARDPB
Padre del probando (II-8)
64 anni
Spinale
ALS+FTD
78 mesi
C9ORF72
Madre del probando(II-9)
69 anni
Spinale
ALS+FTD
43 mesi
TARDPB
Fratello di probando (III-1)
33 anni
Spinale
ALS
75 mesi
No DNA
Nonno materno (I-3)
Deceduto a 43 anni per incidente sul lavoro
No DNA
Nonna materna (I-4)
Deceduta a a 91 anni per accidente carebrovascolare
No DNA
Nonno paterno (I-1)
Deceduto a 47 anni per incidente sul lavoro
No DNA
Nonna paterna(I-2)
Deceduta a 74 ani per tumore mammario
No DNA
Caso
Mutazione
Isolati genici: lo studio
SARDINIALS
l Caratteristiche
l
l
l
l
Isolato genico
Elevata incidenza
Elevato numero di
casi familiari
Collaborazione fra
l
l
l
l
l
Università di Cagliari
Università di Sassari
Ospedale di Nuoro
Università di Torino
NIH, Bethesda, MD
Sardegna
Piemonte
fALS
9%
fALS
28%
sALS
72%
sALS
91%
Sardegna, fALS
Piemonte, fALS
FUS
3%
UNK
28%
C9ORF72
30%
UNK
43%
SOD1
7%
OPTN
3%
C9ORF72
37%
ANG 0%
TARDBP
35%
SOD1 TARDBP
6%
8%
Calcolato sui casi indice
Sardegna, sALS
Piemonte, sALS
C9ORF72
7%
C9ORF72
4%
TARDBP
19%
SOD1
1%
SOD1
0%
UNK
74%
TARDBP
1%
UNK
94%
NIA, NIH
ITALSGEN
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
Gabriella Restagno
Gabriele Mora
Andrea Calvo
Cristina Moglia
Antonio Canosa
Sara Gallo
Maura Brunetti
Irene Ossola
Stefania Battistini
Fabio Giannini
Claudia Caponnetto
Paola Mandich
Gianluigi Mancardi
Vincenzo La Bella
Piera Paladino
Rossella Spataro
Maria Rosaria Monsurrò
Gioacchino Tedeschi
Isabella Simone
Giancarlo Logroscino
Kalliopi Mainou
Maria A. Sotgiu
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
Mario Sabatelli
Marcella Zollino
Amelia Conte
Jessica Mandrioli
Patrizia Sola
Fabrizio Salvi
Ilaria Bartolomei
Giuseppe Borghero
Maria Rita Murru
Giovanna M. Marrosu
Maura Pugliatti
Leslie D. Parish
Gianluca Floris
Antonino Cannas
Laura Papetti
Marco Luigetti
Claudia Ricci
Francesca L. Conforti
Aldo Quattrone
Massimo Corbo
Silvana Penco
Paolo Volanti
Fabrizio Pisano
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bryan J. Traynor
Jennifer Schymick
Hon-Chung Fung
Sonja Scholz
Linda Lai
Michael Nalls
Dena Hernandez
Andrew Singleton
Dalia Kasperaviciute (UCL,
UK)
Elizabeth Fisher (UCL, UK)
Michael Sendnter
(Wurtzberg, Germany)
Marcus Beck (Wurtzberg,
Germany)
Erik Pioro (Cleveland, USA)
Jeffrey Rothstein (Hopkins)
Grazie per l’attenzione!
