ASPETTI GENETICI DELLE PATOLOGIE OSSEE:

DISPLASIE SCHELETRICHE FGFR3-CORRELATE E CRANIOSTENOSICORRELATE E CRANIOSTENOSI

Gabriella Restagno, Alessandro Brussino

S.S. Diagnosi e consulenza genetica

E-mail: gabriella.restagno@oirmsantanna.piemonte.it

13°°°° Convegno: Patologia Immune e Malattie Orfane, Torino 23 gennaio 2010

DISPLASIE SCHELETRICHE

- Anomalie di crescita / sviluppo / differenziazione dello scheletro

- Prevalenza = 2-4/10.000 nati

- Oltre 370 malattie conosciute, la maggior parte sonomonogeniche: rare singolarmente ma frequenti nel complesso

-Classica distinzione in:-Classica distinzione in:OSTEOCONDRODISPLASIE = anomalie generalizzate e progressive (Acondroplasia, Osteogenesi imperfetta,…)

DISOSTOSI = anomalie di uno o poche ossa, non progressive (Craniosinostosi, polidattilia,…)

- Gene malattia identificato in più di 150 patologie: FGFR1, FGFR2, FGFR3, TWIST, COL2A1, COL11A1, COL9A2, COL9A3, SLC26A2, CHST3, PAPSS2, FLNA, FLNB, COMP, TRPS1, SHOX, SOX9, LMNA, …(Superti-Furga et al., AJMG-A, 2007)

INTERAZIONI TRA I GENI COINVOLTI

Hartmann, Curr Opin Genet Dev, 2009

CLASSIFICAZIONE

Numerose revisioni a partire dalla prima classificazione del 1971

(Mc Kuscick and Scott) fino a quella del 2006

(International Skeletal Dysplasia Society, Superti-Furga,

http://www.skeldys.org/content/Nosology-2006.11.0.html)

1. FGFR3 group 21. Neonatal osteosclerotic dysplasias 1. FGFR3 group 2. Type 2 collagen group 3. Type 11 collagen group 4. Sulphation disorders group 5. Perlecan group 6. Filamin group 7. Short-rib dysplasia (SRP) (with or without polydactyly) group 8. Multiple epiphyseal dysplasias and pseudoachondroplasia group 9. Metaphyseal dysplasias 10. Spondylometaphyseal dysplasias (SMD) 11. Spondylo-epi(-meta)physeal dysplasias (SE(M)D) 12. Severe spondylodysplastic dysplasias 13. Moderate spondylodysplastic dysplasias (brachyolmias) 14. Acromelic dysplasias 15. Acromesomelic dysplasias16. Mesomelic and rhizo-mesomelic dysplasias 17. Bent bones dysplasias 18. Slender bone dysplasias 19. Dysplasias with multiple joint dislocations 20. Chondrodysplasia punctata (CDP) group

21. Neonatal osteosclerotic dysplasias 22. Increased bone density group (without modification of bone shape) 23. Increased bone density group with metaphyseal and/or diaphyseal involvement 24. Decreased bone density group 25. Defective mineralization group 26. Lysosomal Storage Diseases with Skeletal Involvement (Dysostosis Multiplex Group) 27. Osteolysis group28. Disorganized development of skeletal components group29. Cleidocranial dysplasia group 30. Craniosynostosis syndromes and other cranial ossification disorders 31. Dysostoses with predominant craniofacial involvement 32. Dysostoses with predominant vertebral and costal involvement 33. Patellar dysostoses 34. Brachydactylies (with or without extraskeletal manifestations) 35. Limb hypoplasia–reduction defects group 36. Polydactyly-Syndactyly-Triphalangism group 37. Defects in joint formation and synostoses

PERCHE’ UN TEST GENETICO?

1. Conferma della diagnosi clinica

2. Possibilità di prevedere il decorso della malattia

(espressività variabile, associazione genotipo-

fenotipo)

3. Calcolo del rischio di ricorrenza3. Calcolo del rischio di ricorrenza

4. Possibilità di diagnosi prenatale

5. Possibilità di test predittivo

6. Esami clinici e test genetico estesi alla famiglia

7. Migliore caratterizzazione del rapporto genotipo-

fenotipo

DISPLASIE SCHELETRICHE DA MUTAZIONE NEL GENE FGFR3 (chr 4p16.3)

PATOLOGIA Eredità OMIM

1. FGFR3 Group

- Thanatophoric dysplasia type 1 (TD1) AD 187600

- Thanatophoric dysplasia type 2 (TD2) AD 187601

- SADDAN (severe achondroplasia-developmental delay-acanthosis nigricans)

AD 134934

- Achondroplasia AD 100800- Achondroplasia AD 100800

- Hypochondroplasia AD 146000

30. Craniosynostosis syndromes and other

cranial ossification disorders

- Crouzon-like craniosynostosis with acanthosis nigricans (Crouzonodermoskeletal syndrome)

AD

- Craniosynostosis Muenke type AD 602849

36. Polydactyly-Syndactyly-Triphalangism

Group

- Lacrimo-Auriculo-Dento-Digital syndrome (LADD)

AD 149730

• Recettore del fattore di crescita dei fibroblasti di tipo 3• Due isoforme (IIIa e IIIb)

• Espresso nel cervello, nella cartilagine e nei precursori delle cellule dell’osso

FGFR3

Dominio extracellulare

Dominio transmembrana

Dominio extracellulare di legame Ig-like

Dominio Tyr-kinasico

MUTAZIONI DI FGFR3

\TKdTKpIg2Ig1 Ig3 TM

MUENKE

P250R

HYP

S84L

LADD

D513N

CROU

A391E

HYP

Y278C

Dati ottenuti da http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim

\

TD1

TER807R

TER807C

HYP

K650Q

K650N

ACH

G375C

SADDAN

K650M

ACH

G380RTD1

R248C

S249C

TD2

K650E

TD1

G370C

S371C

Y373C

HYP

I538V

N540G

N540K

N540S

EFETTO DELLE MUTAZIONI DI FGFR3

Più probabilmente lega FGF2, 4, 9 e 18

Horton, GGH 22(4) 2006

G380R

Aumento dell’attività di FGFR3

PATHWAY ATTIVATI DA FGFR3

Horton, GGH 22(4) 2006

ACONDROPLASIA

DIAGNOSI ECOGRAFICA PRENATALE

DISPLASIA TANATOFORA

Cortesia dr. P. Gaglioti

Acondroplasia

MUTAZIONI FGFR3 IDENTIFICATE PRESSO LA SS DIAGNOSI E CONSULENZA GENETICA OIRM-S.ANNA (inizio attività specifica luglio 2009)

Ipocondroplasia

*

NEGATIVI

* 2/2 Post-natali

1/5 Pre-nataliPOSITIVI

3/7 = 43%3/25 = 12%

* 2/2 Post-natali

1/5 Pre-natali

Tutti casi postnatali

CRANIOSTENOSI

Fusione prematura di una o più suture craniche

1/2.000 – 1/5.000 nati vivi

Clinicamente eterogenee

Sovrapposizione clinica tra le diverse sindromi

A.Vesalius, De Humani Corporis Fabrica, 1543

PATOLOGIA Eredità OMIM

30. Craniosynostosis syndromes and other

cranial ossification disorders

- Crouzon-like craniosynostosis with acanthosis nigricans (Crouzonodermoskeletal syndrome)

AD

- Craniosynostosis Muenke type AD 602849

CRANIOSTENOSI DA MUTAZIONI NEI GENI FGFR3 (4p16.3), FGFR2 (10q26) e TWIST (7p21)

- Craniosynostosis Muenke type AD 602849

- Apert syndrome AD 101200

- Craniosynostosis with cutis gyrata (Beare-Stevenson)

AD 123790

- Crouzon syndrome AD 123500

- Pfeiffer syndrome (FGFR2-related) AD 101600

- Saethre-Chotzen syndrome AD 101400

FGFR2

18 Esoni, 2 isoforme generate per splicing alternativo

Descritte mutazioni missense (la maggior parte), ins/del, di splicing

2 mutazioni molto comuni nella S.di Apert: p.Pro253Arg e p.Ser252Trp

2 hotspot mutazionali nelle sindromi di Crouzon e Pfeiffer: 2 hotspot mutazionali nelle sindromi di Crouzon e Pfeiffer: Cys278 e Cys342

L’esone B del terzo dominio Ig-like è eliminato per splicing alternativo per formare il keratinocyte growth factor receptor (KGFR): molte mutazioni delle sindromi di Crouzon, Pfeiffer,

and Jackson-Weiss si concentrano in questo esone

Alta frequenza di mutazioni de novo: quasi tutte di origine paterna � vantaggio nella spermatognesi, regolata dal

pathway FGF-FGFR

TWIST – Saethre-Chotzen

Fattore di trascrizione “helix-loop-helix”

Descritte oltre 100 mutazioni: puntiformi, del/dup dell’intero gene, traslocazioni, inversioni � APLOINSUFFICIENZA

Diagnosi “complessa”: sequenziamento, FISH, Diagnosi “complessa”: sequenziamento, FISH, Cariotipo

Regola RUNX2, importante nella differenziazione degli osteoblasti

Penetranza incompleta + Espressività variabile + Mutazioni de novo = storia famigliare (apparentemente) negativa

DIAGNOSI DIFFERENZIALE DELLE CRANIOSINOSTOSI (FGFR2, FGFR3)

Patologia Pollice Mani Alluce Piedi

Muenke syndrome Normal ± Carpal

fusion ± Broad

± Tarsal

fusion

Crouzon syndrome Normal Normal Normal Normal

Crouzon syndrome with acanthosis nigricans (AN)

Normal Normal Normal Normal acanthosis nigricans (AN)

Normal Normal Normal Normal

Jackson-Weiss syndrome Normal Variable Broad, medially deviated

Abnormal tarsals

Apert syndromeOccasionally fused to fingers

Bone syndactyly

Occasionally fused to toes

Bone syndactyly

Pfeiffer syndromeBroad, medially deviated

Variable brachydactyly

Broad, medially deviated

Variable brachydactyly

Beare-Stevenson syndrome Normal Normal Normal Normal

FGFR2-related isolated coronal synostosis

Normal Normal Normal Normal

PROTOCOLLO PER LA DIAGNOSI MOLECOALRE DELLE CRANIOSINOSTOSI

S.Stenirri, G.Restagno G.B. Ferrero et al., Clin Chem, 2007

SALSA MLPA P080 Craniofacial kit

36 sonde nei geni: ALX4, RUNX2, MSX2, FGFR1, FGFR2, FGFR3, FGFR4, EFNB1, TWIST1, TWISTNB

Foglio di calcolo del National Genetics Reference Laboratory

Nuove metodiche: sviluppo delle condizioni per analisi di Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification

(MLPA)

Foglio di calcolo del National Genetics Reference Laboratory (Manchester)

21

Controllo non affetto di sesso femminile

L. Cremonesi, G.Restagno G.B. Ferrero, M. Ferrari

Analisi dei pazienti mediante MLPA

Controllo di delezione TWIST1 e TWISTNBControllo di delezione TWIST1

Sono stati identificati correttamente i campioni di controllo di delezione:

Caratterizzazione di 9 su 11 pazienti due dei quali hanno mostrato due regioni delete:

Paziente 1 MSX2 – esone 1

e

Paziente 2 RUNX2 – esone 3

22L. Cremonesi, G.Restagno G.B. Ferrero, M. Ferrari

RISCHIO DI RICORRENZA

CRANIOSTENOSI :

Mutazioni FGFR “de novo” <1%

Mutazioni TWIST “de novo” ~7% Mutazioni TWIST “de novo” ~7% (riportato mosaicismo germinale)

CRANIOSTENOSI “SPORADICHE” (no causa genetica mendeliana)

~5% S.Coronale; ~2% altre Sinostosi

E grazie a chi lavora all’OIRM-S.ANNA alla diagnosi genetica molecolare di queste MR: Anna Sedita, Chiara Michielotto, Marina Duvant, Cinzia Luciano, Caterina Mari, Cristina De Leo, Federica Lombardo, Maura Brunetti, Irene Impoco, Irene Ossola, Luca Sbaiz

Ai medici e a tutto il personale dei reparti di Endocrinologia, Ecografia prenatale, Neurochirurgia, Radiologia, Dismorfologia