Scarica l`intervento del Prof. Rubini

Pisa - 5 Giugno 2010
Sviluppi della Ricerca sulla
Genetica delle Labiopalatoschisi
Michele Rubini
Dipartimento di Medicina Sperimentale e Diagnostica,
Sezione di Genetica Medica, Università di Ferrara, IT
Le schisi orofacciali sono difetti di fusione in epoca embrionale
embryo period (weeks)
1
2
3
4
5
6
fetal period (weeks)
7
8
9
embryo disk
blastocyst
Labioschisi
Palatoschisi
16
32
38
Schisi Oro-Facciali: condizioni malformative eterogenee
Labiopalatoschisi unilaterale
Labiopalatoschisi bilaterale
Labioschisi unilaterale incompleta
Subclinical forms of cleft: palate
► Uvula bifida
Micro-forme di Labioschisi
► Velo-pharyngeal insufficiency (VPI)
► Nicked Lip
► Orbicularis oris muscle discontinuity
► Lower Lip swirls
Ugola bifida
Palatoschisi
Schisi Oro-Facciali: condizioni malformative eterogenee
me
r
o
f
E
H
C
MI
O
DR
N
I
S
1/1009
1/1009
L/PS
Inc. = 9.9/10,000
SR = 1.65
PS
Inc. = 6.2/10,000
SR = 0.80
1/1613
1/1613
SO
I
e
m
r
fo
T
A
L
E
Schisi Sindromiche: numerose (>300) e rare
me
r
o
f
E
H
C
MI
O
DR
N
I
S
Sindromi mendeliane
Sindromi cromosomiche
z
z
Van
Van der
der Woude
Woude
IRF6
IRF6
z
z
Popliteal
Popliteal pterygium
pterygium
IRF6
IRF6
z
z
Waardenburg
Waardenburg
PAX3
PAX3
z
z
Ectodermal
Ectodermal dysplasia
dysplasia
PVRL1
PVRL1
z
z
Wolf-Hirschhorn
Wolf-Hirschhorn
4p16.3
4p16.3 del
del
z
z
Basal
Basal cell
cell nevus
nevus
PTCH1,
PTCH1, 22
z
z
Kallmann
Kallmann
Xp22.3
Xp22.3 del
del
z
z
Stickler
Stickler
COL2A1
COL2A1
z
z
Treacher-Collins
Treacher-Collins
TCOF1
TCOF1
z
z
DiGeorge
DiGeorge
22q11.2
22q11.2 del
del
z
z
Smith-Lemli-Opitz
Smith-Lemli-Opitz
DHCR7
DHCR7
z
z
XL
XL ankyoglossia
ankyoglossia CP
CP
TBX22
TBX22
z
z
Apert
Apert
ttee
u
i
u
i
c
FGFR2
FGFR2
oossc
n
n
o
o
ee cc
h
h
c
i
c
nneetti
e
e
g
ee g
s
s
u
u
C
Caa
Schisi Isolate: frequenti, ma con eziologia complessa
L/PS
Inc. = 9.9/10,000
SR = 1.65
PS
Inc. = 6.2/10,000
SR = 0.80
T
A
L
E
SO
I
e
iiggnnoottee
e
s
e
m
u
s
r
C
Caau
fo
Schisi Isolate: hanno una componente genetica
Gemelli monozigoti hanno concordanza
molto più alta dei dizigoti
MZ: 35%
DZ: 7,8%
Il rischio di sviluppare una schisi
oro-facciale è maggiore in
consanguinei di soggetti affetti
Schisi Isolate: sono influenzate anche da fattori ambientali
Fumo di sigaretta
Alcol
hhiioo
c
c
s
i
s
R
Ri
Ipertermia
Ipossia
Farmaci
• Steroidi
• Antiepilettici
• vitA
Folati
vitB6
vitB12
oonnee
i
i
z
z
ttee
PPrroo
Schisi Isolate: Condizioni Multifattoriali
Fattori Ambientali
Esposizione durante il
primo trimestre di
gravidanza
Fattori Genetici
Network di interazioni tra
varianti genetiche diffuse
nella popolazione e con
bassa penetranza
Ricerca delle Cause Genetiche delle Schisi Oro-facciali Isolate
Ricerca delle Cause Genetiche delle Schisi Oro-facciali Isolate
Analisi di
Espressione
• Geni espressi nel labbro e
palato in epoca embrionale
Studi di
Associazione
Modelli animali
• Palatoschisi in roditori
knock-out per un
determinato gene
Studi di Linkage
• Famiglie con ricorrenza
• Caso/controllo
• Triadi genitori/figlio affetto
Ricerca tra geni
candidati
• Geni di sindromi con L/PS
• Geni dello sviluppo del labbro e del palato
• Geni del metabolismo dei folati
Analisi dell’intero
genoma
• Analisi di 610.000 varianti genetiche
Sindrome di Van der Woude (VWS)
La più frequente condizione monogenica con schisi orofacciali (1/50 dei casi)
► AD, espressività variabile, alta penetranza (92%)
► Frequenza: 1/35.000-100.00 (in Europa e Asia)
► Infossamenti o cisti mucose nel labbro inferiore (86% penetrance)
► Schisi miste: LS, LPS o PS
► 75% dei casi hanno sia schisi che infossamenti labiali
► PS sottomucoso, ugola bifida o palato arcato spesso in soggetti senza
schisi)
lip mounds
► Ipodonzia (2o premolare) (10-80% penetranza)
► IQ normale
►
Mutazioni in IRF6 (exon 3, 4, 7, 9) [Kondo et al. Nat.Genetics 2002]
►
Varianti alleliche in IRF6 (prevalentemente missenso in
esone 4) causano la Popliteal pterigium syndrome (PPS: OFC,
infossamenti labiali, anaomalie dei genitali, alterazioni cutanee, e
sindattilia); inc. 1/300.000
lip pits
Pits are often associated with accessory salivary glands
that empty into the pits
IRF6
p.Val274Ile
SMAD/IRF association (SMIR domain)
IRF6
IRF6: 1q32.3-q41
Helix-loop-helix domain DNA binding
Identification of IRF6 common variants causing Cleft lip and palate
p.Val274Ile
IRF6
rs642961 G>A
p= 0.003
England
Netherland
Slovakia
3x
Hungary
Slovenia
2x
Bulgaria
1x
G/G
Estonia
Scotalnd
RR=2.81
p<0.001
RR=1.99
p= 0.018
RR=1.69
p= 0.001
ns
RR=1.35
RR=1.43
p= 0.003
RR=1.33
Studio di conferma in 885 triadi genitori/figli affetti
Spain
G/A
A/A
Rischio di Labioschisi
Italy
rs642961 è la prima variante genetica che causa la labioschisi
rs642961
è solo la
prima tes
sera di
un grande
puzzle
Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1341-7
Primo Studio Genome-wide
Studio in ogni individuo di oltre mezzo milione di varianti
genetiche sparse su tutto il genoma
561.466 SNPs
at the Life and Brain Center, Bonn, Germany
Primo Studio Genome-wide
Studio in ogni individuo di oltre mezzo milione di varianti
genetiche sparse su tutto il genoma
224 casi L/PS
383 controlli sani
GWAS, to identify genetic susceptibility factors for NSCL/P
rs987525 A>C
chr. 8q24.21
p-value = 3.41 x 10-10
Studio di associazione in 943 triadi genitori/figli affetti
rs987525 A>C
3x
1.9x
1x
Estonia
Scotalnd
C/C
C/A
A/A
England
Rischio di Labiopalatoschisi
Netherland
Slovakia
Hungary
Slovenia
Bulgaria
Spain
Italy
rs987525 si trova in un deserto genico
8q24.21
rs987525 C>A
1.7 Mb deserto genico
Genome-wide association scan reveals major susceptibility locus
for non-syndromic cleft lip with or without cleft palate on
chromosome 8q24
Stefanie Birnbaum1,2*, Kerstin U Ludwig3*, Heiko Reutter1, Stefan Herms3, Michael Steffens4, Michele Rubini5,
Carlotta Baluardo5, Melissa Ferrian5, Nilma Almeida de Assis1, Margrieta A Alblas3, Sandra Barth3, Jan
Freudenberg6, Carola Lauster7, Gül Schmidt7, Martin Scheer8, Bert Braumann9, Stefaan J Bergé10, Rudolf H Reich11,
Franziska Schiefke12, Alexander Hemprich12, Simone Pötzsch13, Regine P Steegers-Theunissen14, Bernd Pötzsch15,
Susanne Moebus16, Bernhard Horsthemke17, Franz-Josef Kramer2, Thomas F Wienker4, Peter A Mossey18, Peter
Propping1, Sven Cichon1,3, Per Hoffmann1,3, Michael Knapp4, Markus M Nöthen1,3* & Elisabeth Mangold1*
Nat Genet. 2009 Apr;41(4):473-7
Ricerca delle altre varianti che causano la labio/palatoschisi
Identificati altri 5 geni
8q24.21
Necessario
per lo sviluppo
►We genotype, using MALDI-TOF mass spectrometry,
del palato
Adenoma tiroideo
SEQUENOM,
Apoptosi
SPRY2
GREM1
Antagonisti
di TGFβ
c/o Life and Brain center Bonn Germany :
THADA
Palatoschisi in
topi mutanti
VAX1
TRIOS MODEL :
-793 European nuclear families
(genotype call rates were > 95% for all individuals included in the study)
►We have confirmed five novel susceptibility loci:
-two loci with significant evidence
-three loci with suggestive evidence
GREM1, NOG e THADA sono coinvolti nella cancerogenesi
NOG
Nat Genet. 2010 Jan;42(1):24-6. Epub 2009 Dec 20
8q
24
.21
IR
F6
TH
AD
A
2
RY
SP
NOG
VAX1
1
CH
DA
MAFB
GRE
M1
Le L/PS e PS isolate sono condizioni multifattoriali e
sono causate da interazioni complesse e non da singoli geni
Ricerca
dei geni
principali
Identificazione del network
di interazione gene-gene e
gene ambiente
I Folati sono coinvolti nello sviluppo delle Schisi Oro-facciali
► La carenza di folati in gravidanza induce schisi nei roditori
► L’Ac.Folinico protegge dalla palatoschisi nei topi A/WySn
► L’Acido Folico protegge da L/PS nell’uomo
► La fortificazione delle farine con Ac. Folico riduce la
prevalenza di schisi
► Farmaci anti-folato fanno aumentare il rischio di L/PS
► Polimorfismi in geni del metabolismo
dei folati modificano il rischio di L/PS
L’Acido Folico in epoca periconcezionale protegge verso lo sviluppo di L/PS
Norway Population-based case-control study
573 OFC cases, 763 controls, period 1996-2001
Wilcox et al., BMJ 334(7591):464-469, 2007
► 39% riduzione del rischio di L/PS
► 64% riduzione in donne che assumono Acido Folico,
Multivitaminici e hanno dieta ad alto contenuto di folati
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.07
1.0
0.8
0.6
0.61
0.4
0.36
0.2
0.0
CL/ P
+ Folic acid
CL/ P
CPO
+ Folic acid
Multivitamins
High folate diet
+ Folic acid
Metabolismo dei Folati
Regolazione dell’espressione genica
Metilazione del DNA
VitB12
ATIC
c.347C>G
TCN2
TCN2
c.776C>G
SAM
MTHFD1
MTHFD1
c.1258G>A
SAH
Sintesi delle Purine
Met
Hcy
DHFR
DHFR
19bp
del I>D
MTR
MTR
c.2756A>G
CBS
CBS
c.844ins68
10-formyl-THF
MTRR
MTRR
THF
c.66G>A
DHF
5-methyl-THF
cystathionine
SHMT1
SHMT1
c.1420CT
MTHFR
MTHFR
c.677C>T
c.1298°>C
5,10-methylene-THF
TYMS
28bp
3>2
TYMS
6bpdel I>D
MTHFD1
MTHFD1
c.1258G>A
dTMP
Sintesi dell’Uridina
dUMP
MTHFD1
MTHFD1
SLC19A1
c.80G>A
c.1258G>A
5,10-methenyl-THF
MTHFS
c.604A>G
MTHFS
rs622506T>G
SLC19A1
c.80G>A
SHMT1
SHMT1
c.1420CT
Acido Folico
5-formyl-THF
SLC19A1
c.80G>A
Folati dalla dieta
OFC Cases
2/1
71/82
3/3
8/8
3/2
19/19
25/22
21/22
9/8
4/2
227 triads
2/6
1/0
10/9
12/11
17/13
padri/madri
6/3
10/8
Network di Interazioni Gene-Gene in casi di Schisi del Palato duro
TYMS
6bp del I>D
TCN2
c.766C>G
sinergia
MTHFS
rs622506T>G
additività
ridondanza
MTHFR
c.677C>T
SHMT1
c.1420CT
MTR
c.2756A>G
MTRR
c.66G>A
Multifactorial Dimensionality Reduction (MDR)
► Identificati i principali geni di
suscettibilità per LS e LPS
► In parte sono coinvolti nella
cancerogenesi
► Singolarmente hanno modesta
importanza (penetranza)
► Nella patogenesi delle schisi
orofacciali hanno più rilevanza le
interazioni gene-gene e tra geni e
ambiente (gravidanza)
► Interazione tra varianti in geni dei
folati nelle schisi del palato duro
applicazioni in consulenza genetica
► Nelle L/PS è rilevante il genotipo
della madre e l’interazione con la
somministrazione di acido folico
prospettive di profilassi ecogenetica:
ottimizzare l’efficacia dell’acido folico
somministrando su base genotipica
Carlotta Baluardo, Melissa Ferrian, Stefania Bruni, Andrea Franchella, Elisa Calzolari, Michele Rubini
Markus Noten, Elisabeth Mangold, Stephanie Birnbaum, Kirsten Ludving
Jeffrey C Murray, Fedik Rahimov, Brian C Shutte