Riassunto analitico
La distrofia muscolare facio-scapolo-omerale (FSHD[MIM 158900]) è considerata una malattia autosomica dominante. Il fenotipo classico FSHD si presenta con un coinvolgimento dei muscoli del viso e del cingolo scapolare e successivamente interessa il cingolo pelvico e solo nel 10% dei casi coinvolge gli arti inferiori. La riduzione di unita ripetute di 3.3kb presenti sulla regione subtelomerica del cromosoma 4(DRA) è stata associata all’ FSHD. Considerando la varietà dei fenotipi FSHD e la presenza di individui sani portatori di DRA, è stata proposto un insieme di marcatori genetici specifici per lo sviluppo della malattia FSHD. In generale, la presenza di 1-3 DRA è associata ad una forma grave di malattia che si presenta durante l'infanzia, 4-7 DRA con la forma più comune di FSHD e 8-10 DRA con una malattia più lieve a penetranza ridotta. L'ipotesi che gli alleli di dimensioni estremamente corti siano associati a una forma più grave della malattia, caratterizzata da un esordio infantile e presenza di caratteristiche cliniche extramuscolari, ci ha portato a rivalutare una coorte di pazienti, portatori di 1-3 DRA, considerati nella letteratura il gruppo con la forma più severa della malattia. Lo scopo dello studio è stato quello di effettuare una caratterizzazione clinica e molecolare dettagliata di 67 casi indice, portatori di 1-3 DRA dal Registro Nazionale Italiano per l’FSHD. Lo studio ha rivelato che la maggioranza (65,7 %) di casi indice è portatore di una mutazione de novo. Una percentuale elevata di casi de novo ha manifestato un esordio precoce della malattia (entro 10 anni) e tra questi il 40% ha mostrato una forma infantile di FSHD (esordio entro 5 anni). Per quanto riguarda i casi familiari solo il 33,3% aveva un esordio precoce della malattia (19% con una forma infantile). In questo studio non abbiamo confermato che i portatori di 1-3 DRA siano un gruppo omogeneo di pazienti gravemente colpiti, ma abbiamo osservato una variabilità fenotipica simile ai gruppi di 4-7 e 8-10 DRA. L'attuale modello patogenetico del FSHD è che l'array D4Z4 funga da zona di controllo della conformazione cromatinica e dell'espressione dei geni vicini. Tuttavia alcune osservazioni indicano che i fattori supplementari potrebbero essere coinvolti nello sviluppo del FSHD: i) il 20 % dei pazienti FSHD portano alleli D4Z4 con 9 o più ripetizioni; ii ) oltre il 30 % dei parenti che sono portatori di DRA hanno un’ età superiore a 56 anni e non manifestano FSHD, iii) il 13 % delle famiglie hanno persone colpite in una sola generazione, iv ) la percentuale dei portatori di DRA che non manifestano la malattia è maggiore tra i familiari di primo grado in confronto con i parenti tra secondo e quinto grado. È quindi possibile che fattori epigenetici possano giocare un ruolo nella patogenesi dell’FSHD. Questa idea è supportata dall'osservazione che nei pazienti FSHD2, che portano alleli D4Z4 con più di 11 ripetizioni, il DNA venga ipometilato sul locus D4Z4. Su questa base, abbiamo effettuato un’ analisi epigentica a livello del locus D4Z4 in una grande coorte di famiglie, ipotizzando di chiarire alcuni aspetti che possano influenzare la manifestazione della malattia. Lo studio è stato condotto analizzando il livello di metilazione di 72 portatori di DRA facenti parte di 29 famiglie FSHD non correlate tra di loro e 43 controlli sani. Non abbiamo osservato la differenza nel livello di metilazione tra i due gruppi, quindi escludiamo che questo fattore epigenetico abbia un ruolo cruciale nella patogenesi dell’FSHD.
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Abstract
Facioscapulohumeral muscular distrophy (FSHD [MIM 158900] considered as an autosomal dominant disorder is the third most common muscular distrophy with an estimated prevalence of 1:20,000. Classical FSHD phenotype includes early asymmetric involvment of facial and shoulder weakness with successive spreading on pelvic and lower limb muscle groups. Deletion of a subset of the 3,3kb D4Z4 macrosatellite repeats in the subtelomeric region of chromosome 4q (DRA) is genetically linked to FSHD. The protein coding gene responsible for the developing of disease has not been identified so far. Concerning the variety of the FSHD phenotypes and presence of the healthy individuals carriers of DRA, in the last years specific molecular signature was proposed to be responsible for developing of FSHD disease. In general, 1-3 DRA is associated with a severe form of disease that presents in childhood, 4-7 DRA with the most common form of FSHD and 8-10 DRA with a milder disease and reduced penetrance. Interestingly alleles with 1-3 DRA were not found in healthy individuals. The hypothesis that alleles of extremely short dimensions are associated with a more severe form of disease, characterized by an onset in childhood, a rapid progression of weakness and extramuscular clinical features challenged us to revaluate the subset of patients, carriers of 1-3 DRA. In literature early onset FSHD was supposed to be a different disease or the severe extreme of the classical disease. The aim of the study has been to perform a detailed clinical and molecular characterization of 67 index cases carrying 1-3 DRA allele from Italian National Registry for FSHD. The study revealed that the majority (65,7%) of index cases carried a de novo mutation. A high percentage of de novo cases referred an early disease onset (within 10 years) and 40% of them showed an infantile form of FSHD. Instead, only 33.3% of familial cases referred an early age (19% with a infantile form). Observed phenotypic variability among carriers of shortest DRA did not confirm this cohort of patients as most severely affected, but resembling the groups of 4-7 DRA and 8-10 DRA carriers. The current model to explain FSHD pathogenesis is that the D4Z4 repeat array acts as locus control region that governs 4q35 chromatin conformation and expression of nearby genes. However several observations indicate that additional factors might be involved in FSHD development: i) 20% of FSHD patients carry D4Z4 alleles with 9 or more repeats; ii) over 30% of relatives carrying D4Z4 reduced alleles who are older than 56 years do not have FSHD; iii) 13% of families have affected individuals in only one generation; iv) the percentage of non-manifesting carriers is higher among second- through fifth-degree relatives in comparison with first-degree family members. It is thus possible that factors responsible for epigenetic modifications might play a role in FSHD pathogenesis. This idea is supported by the observation that in FSHD2 patients, who carry D4Z4 alleles with more than 11 repeats, DNA is hypomethylated at the D4Z4 locus. On this basis, we considered that the study of epigenetic conformation at the D4Z4 locus in a large set of families might clarify some aspects influencing FSHD manifestation. We analyzed the level of methylation of 72 carriers of DRA from 29 unrelated FSHD families and 43 healthy controls and we did not observed the difference in the level of methylation between the two groups, thus we exclude this epigenetic modifier as a crucial factor in FSHD pathogenesis.
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