Rivista Italiana di Genetica e Immunologia Pediatrica - Italian Journal of Genetic and Pediatric ImmunologyAnno IV numero 3 - luglio 2012 | direttore scientifico: Carmelo Salpietro - direttore responsabile: Giuseppe Micali

Gene SHOX: review e casistica clinicaBarone C1, Costa A1, Guarnaccia F1, Trimarchi G1, Mattina T1, 2

1Genetica Medica Università di Catania, Centro di Riferimento Regionale per la Prevenzione Diagnosi e Cura delle Malattie Genetiche Rare - Azienda OspedalieraUniversitaria, Policlinico Vittorio Emanuele di Catania2Dottorato di Ricerca in Malattie Genetiche dell’Età Evolutiva, Università di Catania

IntroduzioneIl gene SHOX, Short stature HOmeoboX-containing gene, è un gene localizzatonell’estremità del braccio corto dei cromosomi sessuali X ed Y, all’interno della porzionetelomerica, nella regione pseudoautosomale 1 (PAR1), Xp22.3 SHOX (X) e Yp11.3SHOX (Y). (Fig.1)

Fig.1 Localizzazione gene SHOXI geni presenti all’interno della regione PAR1 non subiscono l’inattivazione dell’X, per cuiSHOX è espresso in entrambi i cromosomi sessuali senza alcuna differenza tra SHOX(X) e SHOX (Y); durante l’appaiamento meiotico nella spermatogenesi inoltre la regioneSHOX di PAR1 è un hotspot per eventi di crossing over tra cromosoma X ed Y[1].Studi sugli embrioni umani tra il 26° e il 52° giorno post-concepimento dimostrano unruolo di SHOX nello sviluppo degli arti, ma anche delle altre ossa e delle strutture diderivazione mesodermica.Tale gene sarebbe inoltre particolarmente espresso in corrispondenza del terzo mediodegli arti specialmente a livello del gomito e delle ginocchia, della porzione distale delradio, dell’ulna e del polso.Questo specifico pattern d’espressione spiegherebbe la bassa statura ed il tipico“accorciamento” degli avambracci e delle gambe, la deformità di Madelung e la brevitàdel IV metacarpo caratteristicamente presenti nell’aploinsufficienza di SHOX.Utilizzando la sindrome di Turner come modello genetico-clinico di aploinsufficienza di SHOX[1], è stato valutato che tale gene risulta espresso anche a livello del I-II arcofaringeo, suggerendo un ruolo nello sviluppo del processo palatino del mascellare, dellamandibola, degli ossicini auricolari e del meato acustico esterno.Tale pattern di espressione spiegherebbe quindi il palato ogivale, la micrognatia e lasordità neurosensoriale che si osservano proprio nella sindrome di Turner.Viceversa SHOX non è espresso a livello dei campi di sviluppo cardiaci, nel rene e alivello vascolare per cui le cardiopatie congenite, le malformazioni renali e vascolari chesi osservano nella sindrome di Turner non sono ascrivibili all’aploinsufficienza di SHOXe allo stesso tempo soggetti con aploinsufficienza SHOX non hanno le manifestazioniextra-scheletriche presenti nella Turner.Una normale espressione del gene SHOX sembra promuovere la differenziazione el’arresto della proliferazione dei condrociti ipertrofici a livello delle cartilagini diaccrescimento epifisarie.In pazienti con aploinsufficienza di SHOX si osserva invece una disorganizzazione deglistessi condrociti ipertrofici che si organizzano in strutture “a nido” piuttosto che inorganizzazione “colonnare” determinando il quadro clinico tipico di accorciamento edincurvamento del radio.Le cause più frequenti di aploinsufficienza sono delezioni che coinvolgono il genestesso o una regione enhancer localizzata 50-250 kb oltre la regione codificante.Queste delezioni riguardano circa l’80% di tutte le mutazioni; gli altri difetti evidenziatisono mutazioni missenso e nonsenso distribuite in tutto il gene, ma molte di queste sitrovano negli esoni 3 e 4.Di recente, una parziale e completa duplicazione di un numero di basi compreso tra 13e 346 Kb è stata riportata in pazienti con bassa statura e fenotipo da aploinsufficienzadel gene SHOX.Si pensa che questi riarrangiamenti cromosomici siano causa della mancata interazionetra regioni enhancer e la regione promoter del gene SHOX, risultando ciò in undecremento della trans attivazione dell’espressione del gene.Quadro clinicoDal punto di vista fenotipico, l’aploinsufficienza di SHOX si manifesta con uno spettro

clinico estremamente variabile, comprendente da un estremo all’altro:

Idiopatic short stature (bassa statura senza alcuna altra manifestazione clinicae/o radiologica);Bassa statura con lievi manifestazioni auxologiche e radiologiche;Sindrome di Leri-Weill;Displasia mesomelica di Langer (perdita degli entrambi gli alleli del gene SHOX)

Durante l’età prescolare è caratterizzata generalmente da un quadro clinico sfumatocon bassa statura e fenotipo poco o non specifico.A partire dalla seconda decade di vita, alla bassa statura si possono associare a

Disproporzione mesomelica degli arti;Deformità di Madelung;Caratteristiche accessorie (brevità IV-V metacarpo, palato ogivale, scoliosi,micrognatia.

L’assenza di qualsiasi segno di questi, compresa la deformità di Madelung non esclude l’aploinsufficienza di SHOX.I segni caratteristici inoltre si presentano con maggiore frequenza nelle femmineprobabilmente a causa dei più alti livelli di estrogeni che portano ad una precocesaldatura delle cartilagini epifisarie.Inoltre l’aploinsufficienza di SHOX sembra manifestarsi più frequentemente nelle donne.Per spiegare questa osservazione, sono state formulate due ipotesi: la prima è che unamaggiore detection rate comporti il quadro fenotipico più grave osservato nelle donne; laseconda è che le delezioni SHOX (X) si verificherebbero con maggiore frequenzarispetto a SHOX (Y).Deformità di MadelungSi presenta clinicamente con i seguenti segni[2] (Fig.2)

Sublussazione dorsale della porzione distale dell’ulna con aspetto del polso a“dorso di forchetta”;Limitazione nei movimenti di prono-supinazione al polso;Dolore al polso.

Fig.2 [3]Deformità di MadelungTale condizione può non essere clinicamente evidente in particolare nei primi anni divita. I segni radiografici sono caratterizzati da[4][5]:

Estremità distale epifisi radiale riamane triangolare e non assume formatrapezoidale (F>10 anni, M>11 anni) (Fig.3-4-5);

1.

Piramidalizzazione delle ossa del carpo con osso semilunare formante l’apicedella piramide;

2.

Lucentezza radiografica della porzione distale del radio dal versante ulnare conosso che appare meno denso rispetto all’altro versante del radio.

3.

Fig.3 Triangolarizzazione Fig.4 Piramidalizzazione Fig.5 LucentezzaradiograficaAltezza ed accrescimentoLa bassa statura presente nell’aploinsufficienza di SHOX è caratterizzata da:

Lunghezza alla nascita normale o solo lievemente ridotta;Riduzione dell’arm SPAN (<1.88 DS);Riduzione lunghezza arti inferiori;Caratteristica mesomelia (terzo medio degli arti più corto rispetto al terzoprossimale);Aumento rapporto statura a sedere/statura eretta;Inizio del deficit di altezza in età prescolare.

Indicazioni cliniche per analisi molecolareÈ stato di recente proposto uno scoring sistem al fine di valutare i pazienti candidati adeseguire l’analisi molecolare del gene SHOX (Tab.1).Il punteggio massimo ottenibile equivale a 24 e l’ottenimento di uno score>4-7 daindicazione all’esecuzione del test genetico:

Tab.1Analisi molecolare gene SHOX[2][6]

Le anomalie genetiche che possono essere presenti sono:

~2/3 delezioni;~1/3 mutazioni puntiformi;Duplicazioni complete o parziali;Riarrangiamenti cromosomici con alterata interazione enancher-promoter eridotta transattivazione espressione genica.

Per tale ragione, un corretto approccio all’analisi genetica dovrebbe seguire i seguentisteps:

Rischio di ricorrenzaIl gene si trasmette con carattere autosomico dominante per cui il rischio ditrasmissione per ogni figlio è di ½. Nel caso di partner con la stessa condizionegenetica, vi è un ulteriore rischio di ¼ di avere dei figli affetti da un quadro clinico piùimportante (Displasia Mesomelica di Langer), dovuto alla trasmissione di alterazioni delgene SHOX da parte di entrambi i genitori.Diagnosi differenziale[2]

La diagnosi differenziale deve essere posta con le seguenti patologie:

Sindrome di Turner;

Idiopathic short stature (ISS): statura <3°pc in assenza di cause scheletriche,ormonali cromosomiche, o genetiche identificate (limite diagnostico analisiSHOX?);Deficit GH;Sindrome delle esostosi multiple (in caso di anomalia di Madelung);Displasia multipla epifisaria (in caso di anomalia di Madelung).

Dopo la diagnosiIl percorso di follow up da proporre per una adeguata presa in carico dei pazienti conaploinsufficienza di SHOX dovrebbe prevedere:Follow up

Valutazione annuale misure antropometriche:1.

- altezza - arm SPAN - rapporto SPAN/altezza - rapporto altezza a sedere/altezza

Annuale Rx avambraccio e polso2.

in particolare a partire dai sei anni per valutare la deformità di Madelung e permonitorizzare la stessa nel tempo

Follow up endocrinologico per gestione terapia con rhGH3.

Casistica clinicaG.A., maschio, (Fig.6) giungeva alla nostra osservazione all’età di 12 anni per lapresenza di iposomia.Quartogenito di genitori non consanguinei, nato alla 36° settimana di gestazione daparto gemellare distocico, dopo gravidanza decorsa sin dalle prime settimane conminacce d’aborto. Alla nascita peso 2450 gr ( -1 SDS). Nella norma le tappe dellosviluppo psicomotorio.L’età scheletrica, la funzionalità tiroidea e la celiachia risultavano nella norma.

Fig.6 G.A. foto e RX arti sup. e inf.La valutazione dei parametri auxologici evidenziava: peso al 10° pc, statura <3° pc, CCal 25° pc e SPAN 2 cm inferiore rispetto all’altezza.Alla visita genetica venivano rilevati lieve asimmetria assiale (lato dx >sn),atteggiamento scoliotico, accentuazione della cifosi dorsale e della lordosi lombare. Lafacies risultava caratterizzata da diametro biparietale ristretto, capelli a basso impiantosulle porzioni laterali, ipotelorismo, columella prominente, filtro piatto, labbra sottili,palato stretto, retrognatia. Si evidenziavano torace ampio e piatto, bottone mammario asinistra.Evidente mesomelia degli arti superiori e inferiori e piedi con piattismo bilaterale,falange distale del I dito slargata, clinodattilia V dito bilateralmente.In consulenza genetica si evidenziava bassa statura familiare (Fig.7).

Fig.7 Albero genealogico familiareIn base al quadro clinico si eseguiva analisi molecolare del gene SHOX/SHOY (S. diLeri Weill) che evidenziava la presenza di una delezione includente l’intero geneSHOX ed una regione regolatrice del gene. L’analisi citogenetica mediante FISHper la ricerca di delezioni del gene SHOX-SHOY evidenziava l’assenza di segnale alivello del gene SHOY nella regione pseudoautosomale del cromosoma Y.Sulla base dell’anamnesi familiare positiva per bassa statura, venivano rivalutati sulpiano clinico la madre del propositus B.G., la sorella gemella G.P., il padre G.L. (Fig.8), ilfratello del padre G.R. (Fig.9) e la figlia di quest’ultimo G.J. (Fig.10). Si confermava labassa statura in tutti e si evidenziava mesomelia nel padre, nello zio e nella nipote delpropositus.

Fig.8 G.L. Fig.9 G.R. Fig.10 G.J.L’analisi citogenetica e molecolare del gene SHOX/SHOY (S. di Leri Weill) veniva quindiestesa nella famiglia: il test genetico evidenziava delezione a livello del gene SHOY, nelpadre e nel fratello di quest’ultimo. Nella nipote si evidenziava una delezione del geneSHOX allo stato eterozigote, mentre nella madre e nella sorella gemella il test per lasuddetta delezione risultava negativo (Fig.7).ConclusioniNella famiglia studiata la bassa statura era presente sia nella linea paterna delpropositus che in quella materna; la mutazione del gene SHOX veniva evidenziata nel

padre, nel fratello di questo e nella figlia dello stesso fratello, risultando la madre e lasorella negative per la delezione del gene.Molteplici sono i fattori coinvolti nella regolazione della crescita staturale e dell’altezzadefinitiva dell’adulto; questi fattori comprendono fra l’altro un complesso gruppo dimediatori endocrini ed un sistema intrinseco non endocrino, di cui SHOX fa parte, chegarantisce il corretto equilibrio di proliferazione e differenziazione dei condrociti.L’aploinsufficienza di SHOX è il più frequente disordine monogenico causa di bassastatura, tuttavia è solo uno dei più di 300 disordini monogenici del tessuto osseo tuttiresponsabili di bassa statura e deformità ossee.Tale gene è localizzato nella regione pseudoautosomale 1 dei cromosomi X ed Y ed èespresso in entrambi i cromosomi sessuali senza alcuna differenza tra SHOX (X) eSHOX (Y). Essendo tale regione un hotspot per eventi di crossing over tra cromosomaX ed Y, è possibile osservare in alcune famiglie un trasferimento di tale genealternativamente nei due cromosomi sessuali[2]; tale evento si è verificato nella famigliaoggetto del nostro studio. La presenza della bassa statura nella madre e nella sorelladel propositus appare in relazione a fattori diversi dal gene SHOX, risultato nonmutato/non deleto in entrambe. In caso di bassa statura di entrambi i genitori, eventonon infrequente, l’analisi del quadro clinico, l’esame dell’albero genealogico e laselezione dei test diagnostici da effettuare sono evidentemente più complessi.Bibliografia

1. Horm Res Paediatr. 2011 Feb;75 (2):81-9. Epub 2011 Feb 4. Short stature dueto SHOX deficiency: genotype, phenotype, and therapy. Binder G.

2. University Children's Hospital, Pediatric Endocrinology and Diabetology,Tübingen, GermanySHOX-Related Haploinsufficiency Disorder. Munns C, Glass I. GeneReviews[Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993-2005 Dec 123. An Pediatr (Barc) 2011 Jun;74 (6):405-8. Epub 2011 Mar 11. Leri-Weilldyschondrosteosis. A variable expression SHOX gene mutation. Llano-Rivas I,Fernàndez-Toral J, Navarro-Vera I. Unidad de Genética, Hospital UniversitarioCentral de Asturias, Oviedo, Asturias, Spain4. J Clin Endocrinol Metabol. 2003 Oct;88 (10):4891-6. Auxology isa valuable instrument for the clinical diagnosis of SHOX haploinsufficiency inschool-age children with unexplained short stature. Binder G, Ranke MB, MartinDD. University Children's Hospital, Germany5. J Clin Endocrinol Metabol. 2001 Dec;86 (12):5674-80.Phenotypes Associated with SHOX Deficiency. Ross JL, Scott Jr, Marttila P et al.Department of Pediatrics, Thomas Jefferson University, Philadelphia, Pennsylvania19107, USA6. Eur J Med Genet. 2010 Sep-Oct;53 (5):234-8. Epub 2010 Jun 9.Usefulness of MLPA in the detection of SHOX deletions. Funari MF, Jorge AA et alUnidade de Endocrinologia do Desenvolvimento, Hospital das Clinicas, Faculdadede Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil

www.geneticapediatrica.it trimestrale di divulgazione scientifica dell'Associazione Pediatrica di Immunologia e GeneticaLegge 7 marzo 2001, n. 62 - Registro della Stampa Tribunale di Messina n. 3/09 - 11 maggio 2009

Direttore scientifico Carmelo Salpietro - Direttore responsabile Giuseppe Micali - Segreteria redazione Basilia Piraino - Piera Vicchio Direzione-Redazione: UOC Genetica e Immunologia Pediatrica - AOU Policlicnico Messina