Scopriamo la disomia uniparentale

Qui c’è un semplice schema basico:

Nondisgiunzione nella meiosi I >>> eterodisomia.

Nondisgiunzione nella meiosi II >>> isodisomia.

La UPD deriva da una segregazione meiotica anomala, i.e da errori che avvengono nelle divisioni cellulari durante la formazione di oociti e spermatozoi. La nondisgiunzione durante la meiosi I causa la mancata divisione dei cromosomi omologhi e porta a eterodisomia; la nondisgiunzione alla meiosi II causa la mancata separazione dei cromatidi fratelli e porta a isodisomia. Qui di seguito riportiamo nel dettaglio alcuni dei meccanismi che frequentemente portano a UPD:

1. Complementazione gametica: un gamete disomico (un gamete alterato con due copie di un cromosoma da un singolo genitore) si unisce a un gamete nullisomico (un gamete che non ha alcun cromosoma per quel particolare autosoma). Il risultato sarà un embrione con una coppia di autosomi che vengono da un singolo genitore.
2. Trisomy rescue: durante la fecondazione, un gamete disomico (un gamete anormale con due copie di un autosoma dallo stesso genitore) si unisce ad un gamete normale. Si forma così uno zigote (i.e. embrione) trisomico, che avrà tre copie del cromosoma sbilanciato anzichè due. L’embrione risolverà questa situazione eliminando una delle tre copie: in 2 casi su 3 si forma uno zigote normale (i.e. uno zigote con un cromosoma dalla madre e uno dal padre), ma in 1 caso su 3 si ha UPD (i.e. lo zigote eliminerà il cromosoma “sbagliato”, mantenendo i due derivanti dallo stesso genitore).
3. Monosomy rescue: durante le fecondazione, un gamete monosomico (un gamete con un singolo cromosoma) si unisce a uno nullisomico. Anche in questo caso, l’embrione cercherà di risolvere lo sbilanciamento duplicando l’unico cromosoma presente: questo porterà a isodisomia.

Altre cause meno comuni di UPD comprendono:

1. Errori postzigotici (i.e. errori che avvengono dopo la fecondazione e la formazione dell’embrione) dovuti a ricombinazione mitotica che portano a UPD segmentale.
2. Sostituzione somatica di un cromosoma derivativo o di un cromosoma marcatore.
3. Anomalie cromosomiche strutturali, come le traslocazioni Robertsoniane, gli isocromosomi e le traslocazioni reciproche.

Quali sono le conseguenze cliniche nei casi di UPD? Sebbene nella maggior parte dei cromosomi la UPD non abbia alcuna conseguenza clinica, quando sono coinvolti i cromosomi 6, 7, 11, 14, 15, e 20 potrebbero presentarsi anomalie fenotipiche. Questo è dovuto al fatto che questi cromosomi contengono geni soggetti a imprinting, che sono cioè differentemente espressi sulla base della loro origine parentale.

I geni imprinted hanno modificazioni epigenetiche differenziali genitore-specifiche, in particolare il pattern di metilazione, che viene di solito completato dopo il primo trimestre di gravidanza e mantenuto stabilmente nella vita adulta. Lo status di metilazione stabilisce quale delle due copie di un cromosoma (materna o paterna) debba essere espressa nella cellula.

Tra le principali patologie dovute a UPD ci sono la sindrome di Angelmann (AS) e Prader-Willi (PWS), che derivano da UPD del cromosoma 15; la sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) e di Silver-Russell (SRS) che derivano da UPD del cromosoma 11; la sindrome di Temple e di Kagami-Ogata che derivano da UPD del cromosoma 14. La UPD può anche avere effetto su geni che non sono sottoposti ad imprinting, portando alla luce patologie recessive, di cui i genitori sono solamente portatori.

L’UPD dovrebbe essere ricercata nella diagnosi prenatale quando:

1. Dall’amniocentesi o dall’esame dei villi coriali (CVS) emerge la presenza di mosaicismi per monosomie o trisomie che coinvolgono i cromosomi 6, 7, 11, 14, 15, e 20;
2. Si esegue uno screening genetico per il preimpianto di embrioni;
3. Emergono dalle immagini prenatali delle alterazioni strutturali o di crescita del feto che possono ricordare i fenotipi associati a UPD;
4. Sono presenti traslocazioni Robertsoniane bilanciate (in particolare che coinvolgono i cromosomi 14 e 15), isocromosomi o traslocazioni non robertsoniane, identificate attraverso l’amniocentesi o CVS;
5. Vengono identificati markers cromosomici sovrannumerari nel feto.

L’UPD dovrebbe essere ricercata nella diagnosi post-natale per confermare il sospetto clinico di una diagnosi in:

1. Pazienti con un sospetto clinico di patologia dovuta all’UPD (cioè AS, BWS, SRS…) o in cui è stata identificata una traslocazione robertsoniana o un marker cromosomico soprannumerario che coinvolge i cromosomi 14 e 15;
2. Pazienti con una variante patogena in omozigosi, che, durante gli studi di segregazione nella famiglia, viene identificata in uno solo dei genitori nello stato eterozigote;
3. Pazienti con alterazioni dello stato di metilazione dei geni soggetti ad imprinting;
4. Pazienti con un fenotipo che non segue le regole mendeliane (ad esempio pazienti di sesso femminile con un fenotipo insolitamente grave per una malattia recessiva legata all’X e che hanno una mutazione patogena omozigote in un gene sul cromosoma X; o pazienti di sesso maschile con trasmissione di una malattia X-linked da padre in figlio).

Le principali tecniche per verificare la presenza di UPD sono di tipo molecolare, e si basano sull’identificazione dell’aplotipo di alcuni markers cromosomici polimorfici nel probando e nei suoi genitori. Tra di esse troviamo:

• Analisi delle short tandem repeats (STR). Questa tecnica è il gold standard, ma può non essere risolutiva nel caso di UPD segmentale, tessuto-specifica o mosaicismo somatico.
• Chromosamal Microarray (CMA). Ottima per l’identificazione dell’isodisomia grazie alla presenza di grandi regioni di omozigosi (ROH). Tuttavia, l’isodisomia è presente in una frazione minoritaria di casi e può fallire nell’identificazione di UPD eterodisomica.
• Tecniche di analisi di metilazione (MS-PCR, MS-MLPA o profilo di metilazione exome-wide): permettono di identificare alterazioni nella metilazione delle zone imprinted (che possono essere dovute a UPD). Alterazioni della metilazione sono spesso una conseguenza dell’UPD. Tuttavia, anomalie della metilazione possono essere causate anche da difetti primari della metilazione, non legati a UPD. Da notare che oggigiorno, i pattern di metilazione possono essere analizzati sia per un singolo gene che per l’intero esoma.
• Algoritmi computazionali che identificano l’UPD sulla base della distribuzione degli SNP. Questo metodo si basa su una pipeline bioinformatica specifica che elabora i dati ottenuti con il sequenziamento dell’intero esoma o dell’intero genoma. La sensibilità e la specificità di questa tecnica sono ancora molto variabili.

Le malattie UPD-relate possono essere spesso sospettate sulla base di specifici segni clinici, che indirizzano verso l‘MS-MLPA per una particolare regione cromosomica o gene. Altre patologie possono però essere meno specifiche e avere un fenotipo meno riconoscibile: in questi casi il profilo di metilazione dell’intero esoma potrebbe essere la tecnica più indicata, specialmente nel caso in cui il sequenziamento dell’intero esoma o dell’intero genoma siano negativi. Se sospetti una malattia da alterata metilazione in un tuo paziente, non esitare a contattarci per svolgere:

• Sequenziamento dell’intero esoma o dell’intero genoma, e in aggiunta:
• MS-MLA (Methylation-Specific MLPA)
• Profilo di metilazione dell’intero esoma.