Riassunto analitico
La distrofia muscolare facioscapolomerale (FSHD) è stata associata ad una riduzione del numero di unità ripetute D4Z4 sul cromosoma 4q35 (<11, alleli ≤41 kb). Poichè abbiamo già riportato in precedenza che il 3-5% di individui sani risulta portatore di alleli D4Z4 ridotti (DRA), la diagnosi molecolare in FSHD può non essere facile soprattutto in presenza di fenotipi atipici. Inoltre, l'eterogeneità clinica associata alla presenza di DRA e la penetranza incompleta rafforzano il concetto che il marker genetico della FSHD da solo non può essere sufficiente a determinare malattia. Fattori molecolari addizionali, come il livello di metilazione della regione D4Z4 o mutazioni in altri geni (come il gene SMCHD1), sono stati proposti avere un ruolo nell’innescare la malattia. E’ pertanto necessario rivalutare il significato e il valore predittivo del DRA, non solo per la ricerca, ma anche nella pratica clinica. Particolare cautela deve esservi soprattutto nell’interpretazione del significato di alleli con 9-10 ripetizioni D4Z4, considerati alleli “borderline”.
Per definire il significato clinico di questi alleli, 262 soggetti portatori di DRA di 36-41 kb (146 casi indice e 116 familiari) sono stati selezionati dal Registro Nazionale Italiano per FSHD (INRF). In primo luogo, abbiamo definito un nuovo strumento di valutazione clinica (CCEF), finalizzato alla descrizione dettagliata del fenotipo nelle famiglie FSHD. La CCEF definisce categorie cliniche sulla base della combinazione di diverse caratteristiche: 1) soggetti con tipico fenotipo FSHD (categoria A), 2) soggetti con debolezza muscolare limitata al cingolo scapolare o ai muscoli facciali (categoria B), 3 ) soggetti asintomatici / sani (categoria C,) e 4) soggetti che presentano caratteristiche cliniche non suggestive di FSHD (categoria D). La CCEF in grado di supportare la precisa classificazione fenotipica dei pazienti e delle famiglie, lo studio della storia naturale di malattia, la diagnosi, la consulenza genetica e la preparazione di studi clinici. Questo approccio è inoltre alla base nella ricerca di nuovi fattori genetici che modulano lo spettro fenotipico della FSHD.
Nel presente studio, i soggetti selezionati sono stati caratterizzati fenotipicamente mediante CCEF. Abbiamo osservato che solo il 51,8% dei probandi mostrava un fenotipo FSHD (categoria A) mentre il 21,4% presentava caratteristiche incomplete della malattia (categoria B). Il 21,4% dei probandi non soddisfaceva i criteri per la diagnosi clinica di FSHD, per la presenza di caratteristiche cliniche atipiche (categoria D). Tra probandi FSHD, abbiamo anche confermato una ampia variabilità di espressione clinica, sia in termini di età di esordio e che disabilità motoria. È importante inoltre sottolineare che, in oltre l'80% delle famiglie nelle quali segregano alleli D4Z4 con 9-10 ripetizioni, la diagnosi di FSHD è stata riportata solo nel probando. Il 68,1% dei familiari portatori dello stesso allele DRA non presenta alcuna compromissione funzionale motoria (categoria C). Tra familiari con deficit motorio, solo il 20,8% mostrava un FSHD fenotipo classico (categoria A).
Abbiamo inoltre deciso di valutare in un sottogruppo di pazienti e famiglie se altri modificatori genetici, quali il livello di metilazione della regione D4Z4 4q35 e mutazioni nel gene SMCHD1 o in altri geni patogenetici ben noti, valutate mediante analisi di next generation sequencing, potessero spiegare la penetranza incompleta e l'ampia variabilità clinica. Non siamo però riusciti a identificare aplotipi specifici di malattia.
In conclusione, questa analisi su larga scala fornisce ulteriori informazioni necessarie per la consulenza genetica nelle famiglie in cui segrega un allele con 9-10 ripetizioni D4Z4.
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Abstract
Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) has been associated with reduced numbers (<11, alleles ≤41 kb) of D4Z4 repeats at 4q35. Since we previously reported that 3-5% of healthy individuals carry D4Z4 reduced alleles (DRA), molecular diagnosis in FSHD can be troublesome especially in presence of atypical phenotypes. Moreover, the clinical heterogeneity associated with DRA and the incomplete penetrance emphasize the concept that the current genetic signature of FSHD alone may not be sufficient to produce disease. Additional molecular factors, such as level of D4Z4 methylation or mutations in other genes (i.e. SMCHD1 gene), have been proposed to play a role in disease outcome. All these findings highlight the necessity to re-evaluate the significance and the predictive value of DRA, not only for research but also in clinical practice. Particular attention has to be paid to cases carrying alleles with 9-10 D4Z4 repeats, considered borderline alleles.
To define the clinical significance of these alleles, 262 subjects carrying 36-41 kb DRA (146 index cases and 116 relatives) have been selected from the Italian National Registry for FSHD (INRF). Firstly, we have designed a new Comprehensive Clinical Evaluation Form (CCEF), in order to describe in a harmonized manner the phenotypic spectrum observed among FSHD families. The CCEF permit to quantify the motor disability and defines clinical categories by the combination of different features: 1) subjects with typical FSHD phenotype (category A), 2) subjects with muscle weakness limited to scapular girdle or facial muscles (category B), 3) asymptomatic/healthy subjects (category C,) and 4) subjects presenting clinical features not consistent with the FSHD (category D). This CCEF can support the precise phenotypic classification of patients and families, the study of the natural history of FSHD, diagnosis, genetic counseling and preparation of clinical trials. This approach also promote the search of genetic factor(s) contributing to the phenotypic spectrum of FSHD.
Therefore, the phenotipic characterizaction was assessed in the selected subjectes with 9-10 DRA. We observed that only 51.8% of probands showed a FSHD phenotype (category A) and 21.4% of them presented incomplete features of disease (category B). Interestingly, 21.4% of probands did not fulfill the clinical diagnosis of FSHD, showing additional atypical clinical features (category D). Among FSHD probands, we also confirmed a wide variability of clinical expression, both in term of age at onset and motor disability, ranging from almost asymptomatic carries to severly affected subjects. Importantly, in over 80% of families in which D4Z4 alleles with 9-10 repeats segregate, the diagnosis of FSHD was reported only in one subject, the family proband. Overall, 68.1% of relatives, carrying the same DRA of the proband, did not display any muscle functional impairment (category C). Among affected relatives, only 20.8% showed FSHD phenotype (category A).
We also investigated in a subgroup of patients and families if other genetic modifiers, including the level of 4q35 methylation and mutations in SMCHD1 gene or in other well-known pathogenetic genes, studied by next generation sequencing analysis, could explain the incomplete penetrance and the wide clinical variability, but we failed to identify specific haplotypes exclusively associated with the presence of disease.
In conclusion, this large-scale analysis provides further information that should be taken into account when counselling families in which a reduced allele with 9-10 D4Z4 repeats segregates. Thus, a molecular genetic test result with a borderline D4Z4 number has its limitations for the clinician wanting to differentiate between the diagnosis of FSHD and a myopathy presenting with FHSD-like features.
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