Caratterizzare le basi molecolari dei disturbi del neurosviluppo mediante metodiche high throughput

La caratterizzazione delle basi genetiche e molecolari dei disturbi del neurosviluppo rappresenta una delle sfide più complesse e promettenti della medicina moderna, con il potenziale di rivoluzionare diagnosi, prognosi e terapie per milioni di pazienti in tutto il mondo. In questo contesto, i disturbi del neurosviluppo costituiscono un gruppo eterogeneo di patologie che comprendono disabilità intellettive, disturbi dello spettro autistico, epilessia, deficit del linguaggio e motorio, oltre a disturbi da deficit di attenzione/iperattività. Recenti studi indicano che queste condizioni colpiscono tra il 5 e il 10% della popolazione generale e, dal punto di vista clinico, possono essere suddivise in forme sindromiche e non sindromiche. L'eterogeneità fenotipica di questi disturbi si accompagna a una marcata variabilità eziologica e, sebbene vi siano chiare evidenze di una forte componente genetica nell’insorgenza di queste patologie, in circa il 50-60% dei pazienti non è ancora possibile identificare il meccanismo eziopatogenetico. Questa natura elusiva può essere attribuita alle caratteristiche multifattoriali ed eterogenee intrinseche di questi disturbi. Pertanto, la ricerca ha evidenziato l'importanza di adottare strategie diagnostiche integrate che combinino microarrays genomici e tecniche di sequenziamento di nuova generazione. Questa tesi di Dottorato si concentra sull'analisi genomica di 300 pazienti, affetti da forme sindromiche e non sindromiche di disturbi del neurosviluppo, reclutati presso l'I.R.C.C.S. Casa Sollievo della Sofferenza, utilizzando una strategia combinata di microarrays genomici (SNP-Array) e sequenziamento di nuova generazione (NGS). L'analisi delle Copy Number Variations (CNVs) ha permesso di identificare varianti causative nel 22% dei casi tra cui riarrangiamenti che interessano regioni cromosomiche critiche come 1p36, 2p16.3, 7q11.23, 15q11-q13, 16p11.2, 22q11.21 e Xp22. Il sequenziamento NGS ha rivelato varianti a singolo nucleotide (SNVs) causative in ~24% dei pazienti negativi all’analisi delle CNVs, identificando mutazioni in geni chiave come ADNP, CHD8, FOXP1, KMT2E, MECP2, SCN1A, STXBP1 e SYNGAP1. L'utilizzo sinergico di queste tecnologie ha consentito di determinare l'eziologia genetica in una porzione significativa (~23%) dei pazienti analizzati, ampliando la nostra comprensione sulle basi molecolari di questi disturbi. Sono stati esaminati in dettaglio cinque casi emblematici, ciascuno rappresentativo di una diversa tipologia di variante associata a fenotipi neurologici complessi: i) una CNV patogenetica nella regione 19q13.32q13.33 comprendente il gene BICRA, recentemente associato alla sindrome Coffin-Siris di tipo 12; ii) una variante nonsenso patogenetica nel gene FOXP1; iii) una variante sinonima che altera lo splicing nel gene KMT2E, studiata tramite retrotrascrizione diretta; iv) una variante missenso nel gene ADNP, analizzata mediante studio bioinformatico per predirne l'impatto strutturale e funzionale; v) due varianti missenso in eterozigosi composta nel gene SCN1A, tradizionalmente associato a ereditarietà autosomica dominante. In conclusione, il mio lavoro di tesi dimostra il valore di un approccio multi- omico nell'identificazione di varianti genetiche associate ai disturbi del neurosviluppo. I risultati ottenuti, che hanno coinvolto oltre 60 geni e numerose regioni cromosomiche, aprono nuove prospettive per la diagnosi precoce e la personalizzazione delle terapie. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno il ruolo delle interazioni gene-ambiente e per sviluppare modelli animali che possano facilitare lo studio dei meccanismi patogenetici