Sindrome cardiofaciocutanea

NGS Testing in Dismorfologia e Rare multiple Congenite Defects Syndromes

NGS ha cambiato l’approccio alle rare sindromi dismorfiche e multidefette . NGS comprende intero genoma sequenziamento, WES, e gene pannello sequenziamento, essendo uno strumento per entrambi i campi diagnostici e di ricerca. È probabile che ulteriori progressi nelle tecniche NGS stabiliranno un legame più stretto tra test genetici clinici e di ricerca (un processo simile è stato osservato nel rilevare le aberrazioni cromosomiche usando microarray).

NGS ha dimostrato di essere uno strumento accurato per le mutazioni che causano disturbi mendeliani. Dal 2012 la scoperta di nuovi geni in rare sindromi mendeliane utilizzando tecniche NGS è aumentata rapidamente—più di 250 nuovi geni coinvolti in malattie rare, tra cui sindromi dismorfiche, sono stati scoperti in questo modo e questo numero è destinato a crescere .

Sfortunatamente, c’è ancora un divario tra ciò che è stato scoperto e ciò che è disponibile come test clinico. Per questo motivo è necessaria una rete sistematica che copra una vasta gamma di malattie genetiche rare a livello nazionale o internazionale.

I pazienti con rare sindromi dismorfiche sono stati tra i primi beneficiari del test NGS. Alcune delle prime sindromi dismorfiche con una variante causale scoperta da NGS nel 2010 erano la sindrome di Freeman–Sheldon (gene MYH3, ereditarietà autosomica dominante), la sindrome di Miller (gene DHODH, ereditarietà autosomica recessiva) e la sindrome di Schinzel–Giedion (gene SETBP1, ereditarietà autosomica dominante). Usando la sindrome di Freeman-Sheldon e la sindrome di Miller come proof-of-concept, i medici e gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta che l’analisi NGS di un piccolo numero di individui affetti non correlati può identificare un gene che causa la malattia . Altre sindromi dismorfiche note definite molecolarmente dall’approccio NGS includono la sindrome di Weaver (gene EZH2), la sindrome di Floating-Harbor (gene SRCAP), la sindrome di Hajdu–Cheney (gene NOTCH2), la sindrome di Proteus (gene AKT1) e altri . Il primo rapporto di un’applicazione di test NGS per scoprire mutazioni somatiche de novo come causa di una malattia genetica è stato un caso di sindrome di Proteus . NGS è estremamente utile quando la diagnosi differenziale include diverse condizioni con caratteristiche fenotipiche sovrapposte (ad esempio, Noonan, Costello, LEOPARD e sindromi cardiofaciocutanee) o quando mutazioni in uno qualsiasi dei molti geni possono causare la stessa sindrome o disturbo. Un esempio classico è la sindrome di Coffin-Siris, in cui molti geni identificati come SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1 e ARID1A vengono trasmessi come tratti autosomici dominanti . Mutazioni in uno qualsiasi di questi geni che codificano le subunità di un singolo complesso sono risultate causali per la sindrome di Coffin–Siris . I disturbi dello spettro di Noonan, noti anche come rasopatie, sono un gruppo di sindromi dello sviluppo caratterizzate da una vasta eterogeneità clinica e genetica ma con una notevole sovrapposizione fenotipica . I disturbi dello spettro di Noonan sono causati dalla disregolazione della via di segnalazione della proteina chinasi attivata da RAS/mitogeno (RAS/MAPK) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19467855). Tredici varianti geniche sono state rilevate in pazienti con sindromi Noonan e Noonan-like. Dieci di questi geni (PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, HRAS, SHOC2, BRAF, NRAS, MAP2K1, MAP2K1) codificano i componenti della via di segnalazione RAS/MAPK, mentre altri tre (CBL, KAT6B e RIT1) codificano le proteine regolatrici per questa via (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685). Sebbene la maggior parte delle mutazioni causali nei disturbi dello spettro di Noonan si verifichino de novo (principalmente missense e indel con conseguenti alterazioni in-frame della proteina trascritta), sono stati riportati anche casi familiari, ereditati in modo autosomico dominante (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685).

La sindrome di Noonan (NS) è caratterizzata da aspetto facciale dismorfico, bassa statura, difetti cardiaci congeniti fino all ‘ 80% dei pazienti (stenosi della valvola polmonare, difetto del setto atriale, difetto del canale atrioventricolare e cardiomiopatia ipertrofica) e anomalie muscolo-scheletriche (deformità toracica e collo corto palmato). L’intelligenza è di solito normale; tuttavia, possono verificarsi difficoltà di apprendimento. NS è caratterizzato da un’ampia eterogeneità clinica, anche tra i membri della stessa famiglia (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4025385). NS, in circa il 50% dei casi, è causato da mutazioni missense nel gene PTPN11, con conseguente aumento della funzione della proteina non receptor della proteina tirosina fosfatasi SHP-2.

Cardiofaciocutaneous sindrome è caratterizzata da un peculiare aspetto del viso, congenite malformazioni cardiache (stenosi valvolare polmonare e difetti del setto atriale), anomalie ectodermiche (café au lait, eritema, cheratosi, ittiosi, eczema, i capelli radi, e distrofia ungueale), bassa statura, e problemi neurologici (convulsioni, ipotonia, macrocefalia, e vari gradi di mentale e cognitivo ritardo) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3789005).

La sindrome di Noonan con lentiggini multiple (NSML) è nota come sindrome del LEOPARDO (lentiggini multiple, anomalie della conduzione elettrocardiografica, ipertelorismo oculare, stenosi polmonare, genitali anormali, ritardo della crescita, sordità neurosensoriale). Altre caratteristiche meno comuni includono bassa statura, lieve ritardo mentale e genitali anormali. Questa sindrome è causata da almeno 10 diversi difetti missense in PTPN11, che rappresentano oltre il 90% di tutti i casi genotipizzati, e RAF1 (raramente) . A differenza di NS, le mutazioni causative di NSML nel gene PTPN11 agiscono attraverso un effetto negativo dominante, che sembra interrompere la funzione del prodotto del gene wild-type (proteina SHP2) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15121796).

La sindrome di Costello (CS) è caratterizzata da caratteristiche facciali grossolane, pelle spessa e flaccida delle mani e dei piedi, papillomi, difetti cardiaci (stenosi della valvola polmonare), bassa statura, macrocefalia e ritardo mentale da lieve a moderato. La maggior parte dei casi di CS sono sporadici, derivanti da mutazioni de novo HRAS (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9934987).

Diversi pannelli NGS di 13 geni che sono stati implicati in NS e disturbi correlati sono disponibili per i pazienti con caratteristiche cliniche simili a NS (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685/).

Circa il 25% dei neonati affetti da oloprosencefalia ha una sindrome monogenica definita, inclusa la sindrome di Smith–Lemli–Opitz (MIM 270400), la sindrome di Pallister–Hall (MIM 146510) e la sindrome di Rubinstein–Taybi (MIM 180849). Anomalie cromosomiche sono state implicate nel 24-45% dei nati vivi, più frequentemente anomalie numeriche nei cromosomi 13, 18 e 21 e variazioni strutturali che coinvolgono 13q, 18p, 7q36, 3p24–pter, 2p21 e 21q22.3 . Le mutazioni intrageniche in parecchi geni egualmente sono state trovate come suscettibilità aumentante a holoprosencephaly: Il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione. Tutti tranne FGF8 sono ereditati in modo autosomico dominante (http://ltd.aruplab.com/Tests/Pdf/407). È anche possibile il test prenatale. Circa il 25% degli individui con oloprosencefalia nonsindromica ha una mutazione in uno di questi quattro geni: SHH, ZIC2, SIX3 o TGIF1. Poiché la penetranza incompleta e l’espressività variabile sono caratteristiche dell’oloprosencefalia ereditata in modo dominante, si verifica un’elevata variabilità fenotipica intrafamiliare e un aspetto facciale relativamente normale può essere visto in individui che hanno la variante causale e parenti di primo grado affetti. Pertanto, l’oloprosencefalia, come molte altre entità, è un disturbo dello spettro caratterizzato da tratti complessi che non sono prevedibili in modo affidabile dalla presenza di una singola mutazione .

Gli studi WES hanno permesso di scoprire nuovi disturbi della crescita. Carenza di IGSF1 descritta da Sun et al. è caratterizzato da alta statura, ipotiroidismo centrale, macroorchidismo e pubertà ritardata e gravi anomalie scheletriche . Hannema et al. riportato il caso di un paziente con gigantismo senza altre caratteristiche dismorfiche, associato a una nuova variante attivante in NPR2. Inoltre, una nuova variante eterozigote di FGFR3 in bassa statura proporzionata trasmessa in modo dominante è stata pubblicata nel 2015, così come un rapporto su due fratelli con bassa statura sproporzionata causata da una mutazione eterozigote composta di PAPSS2. Nilsson et al. scoperto un difetto del gene AKAN responsabile di una rara sindrome di bassa statura e di età ossea avanzata . Inoltre, una nuova causa del nanismo primordiale (mutazione NINEIN) è stata riportata da Dauber et al. . Diversi altri gruppi hanno utilizzato anche WES, per esempio, Nikkel et al., scoprendo il gene associato alla sindrome di Floating-Harbor sopra menzionata (mutazioni SRCAP) .

Gli scienziati hanno iniziato a comprendere la complessità di alcune malattie genetiche e difetti congeniti . Le malattie genetiche sembrano essere piuttosto (con poche eccezioni) sparse casualmente tra diversi geni coinvolti in percorsi simili. Questa eterogeneità sfida direttamente molti studi che cercano di comprendere e correlare il genotipo con il fenotipo. Molte condizioni genetiche possono essere sospettate attraverso una combinazione di caratteristiche cliniche, tra cui l’aspetto fisico e la storia familiare. Ad esempio, nella sindrome di Holt–Oram, chiamata sindrome cuore–mano, le mutazioni in TBX5 causano malformazioni congenite del cuore e degli arti . Ci sono diverse possibili spiegazioni per la presenza di un gruppo di risultati in un paziente con una sindrome genetica. Una ragione comune è la pleiotropia degli effetti multipli di una singola variante su diversi organi o tessuti. Un’altra possibile spiegazione per la presenza di un gruppo di risultati è che il paziente ha una sindrome genica contigua (delezioni o duplicazioni che coinvolgono una certa parte di un cromosoma). Poiché tutti i geni nelle regioni alterate sono influenzati, il coinvolgimento di molti geni può provocare un quadro clinico complicato. Un esempio ben noto di una sindrome genica contigua è la sindrome da delezione 22q11 .2. Inoltre, un singolo locus può essere responsabile di fenotipi multipli e diversi disturbi possono derivare da mutazioni nello stesso gene. Vari studi basati su NGS hanno scoperto nuovi geni coinvolti nell’eziologia di una sindrome congenita con lo stesso o simile fenotipo, così come singoli geni associati a fenotipi diversi o con una forma atipica di una sindrome ben nota delineata come una nuova sindrome . Ad esempio, la sindrome di Rubinstein–Taybi è causata da mutazioni nei geni CREBBP ed EP300 (entrambi i geni funzionano come coattivatori trascrizionali nella regolazione dell’espressione genica attraverso varie vie di trasduzione del segnale ed entrambi sono potenti istoni acetiltransferasi). Dall’altro lato, le mutazioni del gene COL4A1 sono responsabili dei disturbi della migrazione neuronale, della cataratta e di altre sindromi oftalmologiche e di molti disturbi associati al collagene di tipo IV. Le difficoltà diagnostiche nelle condizioni sopra menzionate indicano fortemente un ruolo di primo piano per le tecnologie NGS come potente strumento diagnostico in dismorfologia. La tecnologia NGS ci aiuta a comprendere la patogenesi dei disturbi noti attraverso la delineazione dei percorsi responsabili della loro patogenesi. Ad esempio, NGS ha permesso l’implicazione della via AKT/PI3K/mTOR nelle sindromi da crescita eccessiva come Proteus, megalencefalia–malformazione capillare e megalencefalia–polimicrogiria–polidattilia–idrocefalo, nonché la modellazione della cromatina della via SWI/SNF nella sindrome di Coffin–Siris e la via RAS/MAPK nelle rasopatie .

La ricerca basata su NGS ha un ulteriore potenziale per individuare nuove terapie . Beaulieu et al. ha pubblicato una recensione che discute alcune questioni relative ai nuovi approcci terapeutici nelle malattie rare . Ad esempio, l’identificazione di mutazioni nei geni trasportatori della riboflavina (SLC52A2 e SLC52A3) che causano sordità neurosensoriale ad esordio infantile e paralisi pontobulbare offre l’opportunità di utilizzare la riboflavina come agente terapeutico . Inoltre, in un disturbo del movimento a esordio infantile causato da un nuovo gene che causa la malattia (gene SLC18A2) che codifica il trasportatore della monoammina vescicolare, la dopamina citosolica e la serotonina che si accumulano nelle vescicole sinaptiche implicano agonisti della monoammina come agenti terapeutici .

NGS diventerà probabilmente parte della valutazione standard per la maggior parte delle rare sindromi dismorfiche, in quanto facilita, accelera e accorcia in modo spettacolare il processo diagnostico . Un buon esempio è il processo diagnostico in pazienti con disabilità intellettiva con o senza caratteristiche dismorfiche (vedi capitolo Next generation sequencing in neurologia e psichiatria). Al giorno d’oggi, c’è una pletora di aziende diagnostiche di offerta di diagnostica di NGS pannelli di geni noti per essere causale e potenzialmente importante per un gruppo eterogeneo di patologie come la disabilità intellettuale, l’autismo, l’epilessia (encefalopatia epilettica), schizofrenia e disturbi bipolari, la sordità, la leucoencefalopatia, e perossisomiali difetti, così come atassia, distrofia maculare, ciliopatie, cardiomiopatia, miopatie e neuropatie, displasia scheletrica sindromi e del tessuto connettivo sindromi, RASopathies, disturbi metabolici, etc. (vedi i rispettivi capitoli). Inoltre, i pannelli possono essere personalizzati su richiesta (www.genetests.com). Il progetto EuroGentest (www.eurogentest.org) ha preparato linee guida di utilità clinica che coprono approcci diagnostici NGS . Le informazioni strutturate dai fornitori di NGS (circa 30 laboratori) includono il nome del pannello (circa 1000 test) e le varianti testate (circa 3000 geni), raccolte e collegate a varie condizioni (3460).