Caratterizzazione molecolare mediante array-CGH e origine parentale di anomalie cromosomiche strutturali in pazienti con ritardo mentale/psicomotorio/autismo e/o anomalie comportamentali

The study of structural chromosomal abnormalities has emerged in recent years as a powerful tool for the identification of molecular causes underlying disorders responsible for genomic complex phenotypes such as mental retardation, autism, epilepsy, psychiatric disorders and multiple congenital anomalies. For nearly 10 years it has increasingly become clear that the conventional cytogenetic analysis is unable to detect chromosomal abnormalities less than 5-10 Mb, that may be associated with phenotypic abnormalities and mental retardation. This limit has been exceeded in recent years by the introduction of a molecular cytogenetic technique, array-CGH, which allows complete and precise analysis of DNA copy number variations and allows to evaluate with high specificity many chromosomal regions in order to detect chromosomal imbalances. Over the last decade with the introduction of genome wide array, it became clear that the molecular mechanisms at the basis of the genomic disorders are related to rearrangements of some regions of the genome, particularly predisposed to aberrant recombination. Several studies have indeed revealed the presence of some segments (SINE, LINE, LCRS) that cause a high degree of genomic instability leading to chromosomal rearrangements. The parental origin of chromosome abnormalities is of considerable interest because it may help to understand their formation mechanism. Many studies show that male gametogenesis appears susceptible to the formation of structural chromosome abnormalities. This is generally attributed to the much larger number of premeiotic cell divisions undergone by male germ cells in comparison with female germ cells. In this study 66 subjects with mental retardation and / or development, autism, multiple congenital anomalies and dimorphisms were assessed by array CGH, in order to verify the presence of cryptic chromosomal rearrangements and to characterize more precisely the chromosomal abnormalities identified by high-resolution chromosome examination. It was then analyzed the parental origin of chromosome rearrangements by use of polymorphic markers (RFLP or STR) to determine whether there is a different mutation rate in both sexes. Finally the breakpoints were analyzed to verify the presence of homologous regions which may predisposed to rearrangements. The results obtained in this study show that 16% of patients with clinical signs and a normal karyotype have a cryptic deletion / duplication. In 20% of patients with karyotypic alterations, previously identified by standard cytogenetic, array- CGH detected other abnormalities. The analysis of the breakpoints revealed the presence of homologous regions that may have predisposed the rearrangement confirming that the architecture of the genome play a major role for genomic instability causing chromosomal rearrangements. In contrast to the literature there are no significant differences between the sexes in the formation of chromosomal rearrangements.

Lo studio delle anomalie cromosomiche strutturali si è affermato negli ultimi anni come un potente mezzo per l’identificazione delle cause molecolari alla base di disordini genomici responsabili di quadri fenotipici complessi quali ritardo mentale, autismo, epilessia, disordini psichiatrici e anomalie congenite multiple. Da circa 10 anni è emerso sempre più chiaramente che l’analisi citogenetica convenzionale non è in grado di rilevare anomalie cromosomiche inferiori a 5-10 Mb che, seppur di dimensioni submicroscopiche, possono associarsi a ritardo mentale e anomalie fenotipiche. Questo limite è stato da qualche anno superato dall’introduzione di una tecnica di citogenetica molecolare, l’array-CGH, che permette un’analisi completa e precisa delle variazioni del numero di copie delle sequenze di DNA e consente di valutare contemporaneamente e con alta specificità più regioni cromosomiche in modo da poter evidenziare sbilanciamenti. Nell'ultimo decennio con l'introduzione di array genome wide, è risultato evidente che i meccanismi molecolari alla base dei disordini genomici sono correlati a riarrangiamenti di particolari regioni del genoma, suscettibili più di altre ad andare incontro a ricombinazioni aberranti. Diversi studi hanno evidenziato infatti la presenza di alcuni segmenti (sequenze SINE, LINE, LCRs) che causano un alto grado di instabilità genomica portando a riarrangiamenti cromosomici. L’origine parentale delle anomalie cromosomiche è di considerevole interesse in quanto potrebbe aiutare a capire il loro meccanismo di formazione. Gli studi fatti fino ad ora riportano nella gametogenesi maschile c’è una maggiore tendenza alla formazione di riarrangiamenti cromosomici conseguente a un maggior numero di divisioni premeiotiche delle cellule germinali maschili rispetto a quelle femminili. In questo studio sono stati valutati mediante array CGH 66 soggetti che presentano ritardo mentale e/o dello sviluppo, autismo, anomalie congenite multiple e dimorfismi con lo scopo di verificare la presenza di riarrangiamenti criptici e caratterizzare in modo più preciso le anomalie identificate grazie all’esame cromosomico ad alta definizione. E’ stata quindi determinata l'origine parentale dei riarrangiamenti mediante l'utilizzo di marcatori polimorfici (STR o RFLP) per definire se esiste un diverso tasso di mutazione nei due sessi; infine sono stati analizzati i breakpoints per verificare la presenza di regioni di omologia che possano aver predisposto al riarrangiamento. I risultati ottenuti in questo studio mostrano che il 16% dei pazienti con fenotipo patologico e cariotipo normale è portatore di una delezione/duplicazione criptica; inoltre nel 20 % dei pazienti in cui erano state precedentemente individuate alterazioni del cariotipo, l’array-CGH ha evidenziato ulteriori anomalie. L’analisi dei breakpoints ha evidenziato la presenza di regioni di omologia che possono aver favorito il riarrangiamento confermando che l’architettura del genoma agisce come catalizzatore dell’instabilità cromosomica causando riarrangiamenti genomici, tuttavia al contrario di quanto riportato in letteratura non ci sono differenze significative tra i due sessi nella formazione di riarrangiamenti cromosomici.