Arrhythmogenic Cardiomyopathy: identification of novel genes encoding for intercalated disc proteins by next-generation sequencing

Introduzione. La cardiomiopatia aritmogena (ACM) è una patologia ereditaria del muscolo cardiaco, caratterizzata da una progressiva sostituzione adiposa o fibroadiposa a carico prevalentemente del miocardio del ventricolo destro. Dal punto di vista clinico, è una patologia eterogenea con ampia variabilità clinica inter- ed intra- familiare; presenta infatti sia forme completamente asintomatiche sia forme molto gravi con rischio di morte improvvisa. Questa patologia, geneticamente eterogenea, è trasmessa come carattere autosomico dominante a penetranza incompleta ed espressività variabile. Ad oggi 15 loci e 13 geni sono stati associati alla malattia, di cui gran parte codificano per proteine desmosomali e proteine della cosiddetta area composita dei dischi intercalari. Poiché sono state identificate mutazioni causative in geni noti sono nel 60% dei casi, altri geni, non ancora identificati, potrebbero essere coinvolti nella comparsa del fenotipo patologico. Scopo della ricerca. Nello studio descritto nella presente tesi, il DNA di 59 casi indice è stato analizzato attraverso due diversi pannelli di geni tramite sequenziamento di nuova generazione (NGS). Inoltre, in quattro famiglie con ricorrenza di casi di ACM, in cui non sono state identificate mutazioni nei geni desmosomali, sono state integrate diverse tecniche allo scopo di identificare nuovi loci e geni malattia. Metodi. Nell’ambito del sequenziamento di nuova generazione (NGS) tre diversi approcci sono stati utilizzati: il sequenziamento di pannelli di geni target (TGP), il sequenziamento dell’intero esoma (WES) e il sequenziamento dell’intero genoma. Due sono i pannelli di geni considerati, uno comprendente 56 geni associati a diverse cardiomiopatie, l’altro comprendente 69 geni, tra cui i 13 geni associati alla cariomiopatia aritmogena e 56 geni candidati. L’analisi genetica è stata poi estesa ai familiari dei probandi, ove disponibili, per valutare la segregazione delle mutazioni identificate. L’intero esoma è stato poi sequenziato in 11 soggetti appartenenti a 4 diverse famiglie. Infine, in una di queste famiglie (Famiglia#6) è stata eseguita un’analisi di linkage ed è stato sequenziato l’intero genoma di tre soggetti. Risultati. L’utilizzo dei pannelli di geni target si è rivelato una buona strategia per lo screening di mutazioni in pazienti affetti da ACM: almeno una mutazione è stata trovata in 15 probandi su un totale di 19 analizzati con il pannello di geni associati a diverse cardiomiopatie; inoltre, è stata identificata una mutazione in uno dei geni candidati nel 40.6% dei probandi sequenziati con il secondo pannello e risultati negativi per mutazioni nei geni noti. Tra queste mutazioni, risultano di particolare interesse 2 nuove mutazioni missenso localizzate nel gene TJP1 (p.R265W, p.Y669C), 2 mutazioni nel gene che codifica per l’N-caderina (CDH2, p.E493G, p.V491G) e una mutazione di stop nel gene TP63 (p.R266*). Entrambe le mutazioni di TJP1 riguardano aminoacidi altamente conservati, inoltre un’analisi in silico degli effetti della mutazione p.Y669C, che segrega all’interno della famiglia, evidenzia un riarrangiamento della struttura proteica della proteina che riporta la mutazione rispetto alla proteina wild-type. L’analisi dell’esoma nella Famiglia#3 ha permesso di identificare una mutazione patogena di stop nel gene DSP, che non era stato possibile individuare al precedente screening tramite dHPLC. Inoltre, tale approccio ha permesso di identificare due putative mutazioni nel gene TTN (p.R32573C and p.L32198M) che segregano nelle Famiglie #4 e #5, rispettivamente. Nella Famiglia #5 inoltre è stata identificata una rara mutazione di stop in un gene candidato (CMYA5, p.K3597*). Per lo studio della Famiglia#6, invece, sono stati utilizzati diversi approcci. Data la disponibilità di molti soggetti affetti e sani appartenenti alla famiglia, in seguito alla genotipizzazione degli stessi, è stata eseguita un’analisi di linkage. L’analisi ha evidenziato la presenza di due loci che riportano valori di lod score positivi a livello del cromosoma 19p13.3 e del cromosoma 11q21. Il primo locus corrisponde ad una regione di 7 cM ed è condiviso da tutti i soggetti affetti della famiglia, eccetto uno. La regione di 3cM nel cromosoma 11q21 invece segrega in tutti i soggetti affetti ad eccezione di due, che portano una mutazione in un sito di splicing del gene PKP2 (c.2578-3 T>C). Il sequenziamento dell’esoma in 4 soggetti affetti della famiglia non ha permesso di identificare nuove mutazioni condivise né all’interno delle due regioni critiche, né all’interno dell’intero esoma. Tali risultati sono stati confermati dal sequenziamento del genoma effettuato in due affetti e un soggetto sano della famiglia. Il sequenziamento del genoma ha inoltre messo in luce la presenza di un’enorme quantità di varianti complesse localizzate in regioni introniche o intrageniche. Discussione. L’identificazione di mutazioni causative nella cardiomiopatia aritmogena facilita la diagnosi tempestiva, permette di prevenire eventuali complicazioni e determina il rischio di sviluppare la malattia nei familiari di un soggetto affetto. Per le cardiomiopatie ereditarie, come per la maggior parte delle malattie mendeliane, negli ultimi 10 anni le tecniche NGS hanno apportato grossi miglioramenti nel processo di identificazione di mutazioni, permettendo di sequenziare una grande quantità di geni parallelamente, in modo più rapido e meno costoso. In questo studio, dal momento che sono state identificate mutazioni nella maggior parte di probandi analizzati, l’utilizzo di pannelli di geni target si è dimostrato un valido approccio non solo per un test genetico ma anche per l’identificazione di nuovi geni malattia. Sono state infatti identificate nuove mutazioni in geni che codificano per proteine dei dischi intercalari dei cardiomiociti, confermando l’idea che l’ACM deve essere considerata una ‘malattia delle giunzioni’ piuttosto che una ‘malattia dei desmosomi’. Nonostante l’utilizzo di pannelli di geni target rimanga l’approccio più comunemente usato nella ricerca di mutazioni nelle cardiomiopatie ereditarie, il sequenziamento dell’intero esoma, applicato in questo studio solo a casi familiari, ha permesso di identificare varianti in geni candidati non inclusi nei pannelli di geni e che potrebbero avere un ruolo nell'espressione del fenotipo patologico. Infine, nonostante il sequenziamento del genoma nella Famiglia#6 non abbia permesso al momento di stabilire una correlazione tra genotipo e fenotipo al momento, la mole di dati prodotti potrà essere rianalizzata in futuro alla luce di nuovi geni annotati e nuovi geni malattia identificati.