Identificazione e caratterizzazione funzionale di nuove varianti patogenetiche associate a malattie genetiche rare

Abstract

Le malattie rare sono definite dall’Unione Europea come condizioni che mettono a rischio la vita dei pazienti o che sono croniche-debilitanti, e colpiscono non più di 5 persone ogni 10.000. Nel 72% dei casi circa si tratta di malattie genetiche e spesso sono ad esordio pediatrico. La diagnosi genetica rappresenta un passaggio cruciale per il corretto inquadramento clinico del paziente, per offrire un’adeguata presa in carico del nucleo familiare e la possibilità di accedere ad opzioni terapeutiche, se queste esistono. Oggetto di questa tesi è stato la diagnosi molecolare di due patologie genetiche rare, la Fibrodisplasia Ossificante Progressiva (FOP) legata a varianti del gene ACVR1 e la Sindrome Unghia-Rotula (Nail-Patella Syndrome, NPS) associata ad alterazioni del gene LMX1B. In particolare, sono state identificate nuove varianti dei relativi geni causativi per le quali è stato realizzato uno studio funzionale. Il primo caso riguarda un paziente lituano affetto da FOP, che è risultato portatore di una nuova variante nel gene ACVR1, (c.772A>T, p.(R258W)). La caratterizzazione funzionale ha dimostrato che questa sostituzione determina un’alterazione della via di segnalazione mediata da ACVR1 con un meccanismo simile a quello dimostrato per altre varianti causative associate a FOP. Abbiamo inoltre analizzato due pazienti non correlati affetti da Sindrome Unghia-Rotula, risultati negativi per l’analisi delle regioni codificanti e per delezioni/duplicazioni nel gene LMX1B. Lo studio della regione 5’UTR del gene ha portato all’identificazione di due diverse varianti mai riportate in precedenza che sono state oggetto di un approfondito studio funzionale. Quest’ultimo ci ha permesso di verificare la patogenicità delle due sostituzioni nucleotidiche che causano una riduzione significativa dell’espressione di LMX1B con meccanismi molecolari diversi e combinati sia a livello trascrizionale che post-trascrizionale, causando aploinsufficienza.

Rare diseases are defined by the European Union as life-threatening or chronically debilitating conditions, with a prevalence lower than 5 per 10.000 inhabitants. 72% of rare diseases are genetic and 70% of them has a pediatric onset. Genetic diagnosis represents a crucial step to confirm the clinical diagnosis, to provide the opportunity for patients and their families to access to appropriate medical care, if available. The work of this thesis has been focused on the molecular diagnosis of two different rare conditions, Fibrodysplasia Ossificans Progressiva (FOP) caused by mutations in the ACVR1 gene and Nail-Patella Syndrome (NPS), associated to LMX1B alterations. We have identified new variants of the causative genes and performed a functional study to investigate their pathogenic role. The first patient is a little Lithuanian child with a clinical presentation of FOP and found to be carrier of a novel variant of the ACVR1 gene (c.772A>T, p.(R258W)). The functional study demonstrated that this substitution causes an aberrant ACVR1-mediated signaling, as observed for the other gene variants associated with FOP. Moreover, we have analyzed two unrelated patients affected by Nail-Patella Syndrome, negative for alterations in the coding regions of LMX1B and for deletion/duplication of the genomic region. The analysis of the 5’UTR region of the gene led to the identification of two different previously unreported variants, for which functional studies have been performed. We demonstrated that the two variants are pathogenic. They significantly reduce LMX1B gene expression by different and combined molecular mechanisms, acting both at transcriptional and post-transcriptional level, thereby causing haploinsuffiency.