Application of omic technologies in Arrhythmogenic Cardiomyopathy

Introduzione. La cardiomiopatia aritmogena (AC) è una patologia ereditaria del miocardio caratterizzata da sostituzione fibrosa e adiposa dei cardiomiociti e da aritmie potenzialmente letali. Questa condizione geneticamente e fenotipicamente eterogenea, causata principalmente da varianti genetiche a livello dei geni desmosomiali (JUP, DSP, PKP2, DSG2 e DSC2), mostra una penetranza incompleta; queste caratteristiche rendono difficile non solo la corretta diagnosi, ma anche l'identificazione di un meccanismo molecolare alla base della patogenesi della malattia. Obiettivi. (1) Identificare uno o più pathway molecolari alterati in pazienti AC portatori di mutazioni desmosomiali; (2) valutare il ruolo diagnostico dell'analisi immunologica della JUP; (3) studiare la frequenza delle varianti genetiche nei cinque principali geni correlati alla malattia in una popolazione sana della regione Veneto al fine di valutare il loro ruolo nella patogenesi dell’AC. Materiali e metodi. (1) L'analisi dell'espressione differenziale è stata condotta su tessuto miocardico di 7 pazienti AC precedentementi sottoposti a trapianto cardiaco, portatori di una variante patogena nei geni desmosomiali e 3 controlli. Al fine di eliminare i fattori di interferenza genetica/epigenetica sono stati analizzati anche 3 gruppi di un modello murino: 8 topi sovra-esprimenti la mutazione NS-dsg2 [TgNS], 6 sovra-esprimenti la dsg2 wild-type [TgWt] e 2 Wt; ciascun gruppo è stato ulteriormente suddiviso in base all’età (<2 settimane e >3 settimane) prima e dopo l'insorgenza della malattia. La conferma dei dati è stata ottenuta mediante PCR quantitativa. (2) Le analisi immunoistochimiche sono state eseguite sia su sezioni di miocardio (HS, autoptici o da trapianto) che su biopsie endomiocardiche (EMB) di 44 pazienti con diagnosi di AC e 30 soggetti non-AC. Tutti i casi sono stati valutati sia mediante colorazione con immunoperossidasi (IPOX) che mediante immunofluorescenza (IF) utilizzando due diverse diluizioni dell'anticorpo (Ab) che lega specificatamente la proteina JUP. Per escludere il decadimento tissutale tempo dipendente, è stata anche eseguita l’analisi di controllo sulla N-Caderina. (3) Lo screening genetico convenzionale per i principali geni responsabili delle patologia è stato eseguito su 200 giovani atleti (età media 20 anni, rapporto maschi / femmine 3: 1), considerati idonei all’attività sportiva. La selezione delle varianti era basata sulle attuali linee guida della ACMG e sull'assenza/bassa frequenza (frequenza allelica minore, MAF <0,0002) delle varianti genetiche nella popolazione generale. Risultati. (1) 1136 e 822 geni differenzialmente espressi (DEGs) sono stati identificati rispettivamente nel ventricolo destro e nel ventricolo sinistro dei pazienti AC. Sono stati identificati inoltre, 204 DEGs comparando il profilo di espressione genica di TgNS<2 settimane e TgNS> 3 settimane. Infine, confrontando il profilo di espressione umano con quello murino sono stati identificati 82 DEGs in comune; molti di questi geni sono associati ai pathway WNT e TGF-β. Al contrario, solo 29 DEGs sono stati identificati nel confronto tra TgNS <2 settimane e i controlli di età corrispondente (WT e TgWt <2 settimane); questi geni sono per lo più associati a processi infiammatori e pro-apoptotici, ma nessuno ai pathway WNT e TGF-β. (2) L’analisi IPOX eseguita sui campioni HS con una diluizione dell’Ab 1: 50.000 mostra una sensibilità (Se) del 70,6% e la specificità (Sp) del 50%, mentre con una diluizione Ab 5 volte più alta (1: 250.000) la Se del test aumenta al 79,4% e la Sp diminuisce al 35%. La stessa analisi eseguita su campioni EMB restituisce come risultato: 40% Se; 80% Sp con diluizione anticorpale di 1: 50.000, mentre alla diluizione 1: 250.000 la Se si attesta a 50% e la Sp al 70%. I dati risultanti dall’analisi IF sono simili sia con diluizione dell’anticorpo 1: 1000 che 1: 50.000, indicando una Se del 61.8% e una Sp del 45% per gli HS e una Se 50% e una Sp 70% nei campioni EMB. (3) Lo screening genetico dei 5 geni desmosomiali ha identificato varianti genetiche rare in 20 soggetti sani (10%) ridotti a 12 (6%) dopo un appropriato filtraggio. Conclusioni. I nostri risultati hanno dimostrato l'interazione tra WNT e TGF-β nelle fasi iniziali della malattia, determinando il rimodellamento cardiaco. Nello specifico, abbiamo identificato probabilmente le "molecole colpevoli" dell'insorgenza della malattia. L'analisi del segnale immunologico della JUP mostra in generale una bassa Se e ad una limitata Sp. Nello specifico, nell’analisi la Se risulta più elevata nei campioni HS rispetto ai campioni EMB. Alte diluizioni anticorpali conferiscono valori di Se superiori ma riducono la Sp del test. Lo screening genetico e la successiva analisi delle varianti individuate in un'ampia coorte di soggetti sani ha identificato un tasso minore di varianti rare rispetto a quanto riportato in letteratura per la AC (16 e 18%), probabilmente ciò è dovuto alla pre-selezione fatta sui soggetti inseriti nella coorte analizzata.