Oligogenicità nella Sclerosi Laterale Amiotrofica

BACKGROUND: Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by complex genetic architecture, where some major genes are associated with modifier or susceptibility genes. The oligogenic model of ALS is based on the identification of patients carrying multiple variants in genes which are associated to the disease and on the observation of hereditary transmissions that are not ascribable within the scheme of Mendelian or multifactorial diseases. The presence of multiple genetic variants in some patients does not necessarily mean that ALS is an oligogenic desease: those variants could be either a condition that permits or modulates the disease or a casual association between two or more unrelated genes. OBJECTIVE: In order to confirm the oligogenic structure of ALS we evaluate the burden of rare variants in the disease, by screening for variants in ALS-associated genes and considering the overall incidence of genetic mutations. We compared multiple variants carriers aiming to understand whether some of the clinical differences observed among ALS patients could be related to the presence of modifier genetic variants. We also evaluate the influence of the number of variants on the clinical features of ALS. METHODS: We analyzed whole exomes of 186 ALS subjects and 84 healthy controls from Sardinia, a genetically isolated population and whose genetic architecture in ALS has been extensively studied. All subjects were screened for genetic variants in 44 ALS-related genes, divided in major genes and minor genes. We compared the frequency distribution of these variants between ALS cases and controls; we also RESULTS AND INTERPRETATION: We observed a higher frequency of missense mutations in ALS major genes in ALS subjects compared to healthy controls (ALS: 1,6%, Controls: 0,7%; p=0,005); the frequency of missense mutations in minor genes was higher among ALS subjects but not statistically significant. The incidence of novel missense mutations in minor genes is significantly higher in ALS patients (ALS: 1,2% , controls: 0,6%; p=0,013), suggesting that the presence of these missense mutations does not happen by chance but is likely to be associated with the disease. The co-occurence of mutations in main genes and variants in minor genes support the oligogenic structure of ALS. The number of potentially pathogenic coding variants did not influence age of onset, disease duration, site of onset or clinical phenotype. These results are influenced by the number of ALS subjects in our cohort and by the presence of benign polimorphysm among the genetic variants identified. The analysis of variants segregation in one ALS family demonstrated the uncertain role played by minor genes and rare variants in ALS pathogenesis.

BACKGROUND: La Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da una componente genetica complessa, in cui accanto ad alcuni geni causali ve ne sono numerosi altri che agirebbero aumentando la suscettibilità o modificando il fenotipo clinico. La teoria oligogenica della SLA si basa sul riscontro di pazienti portatori di più di una mutazione in geni associati alla malattia e sull'osservazione di trasmissioni ereditarie che non rientrano nel classico schema delle malattie mendeliane (penetranza incompleta e alta variabilità dei fenotipi) o delle malattie poligeniche. La presenza di più varianti genetiche in alcuni pazienti non è necessariamente sinonimo di oligogenicità, potendo infatti essere sia un meccanismo permissivo o modulante la malattia, che un associazione casuale tra una variante patogena ed un polimorfismo benigno. OBIETTIVO: Per confermare le natura oligogenica della SLA è stato valutato il peso che le varianti genetiche rare esercitano sulla malattia, analizzando i geni attualmente associati alla SLA e studiando l'incidenza complessiva delle mutazioni genetiche. Confrontando i pazienti portatori di molteplici varianti potenzialmente patogene si è cercato di comprendere la variabilità clinica osservata potesse essere attribuita alla presenza di mutazioni genetiche modificanti il fenotipo. METODI: È stata eseguito il sequenziamento dell'esoma di 186 pazienti e 84 controlli di origine sarda, una popolazione geneticamente isolata e la cui architettura genetica nella SLA è stata in precedenza ampiamente studiata. Tutti i soggetti sono stati sottoposti a screening per varianti genetiche in 44 geni correlati alla SLA, divisi in geni maggiori e geni minori. Sono state ricercate differenze nella distribuzione delle varianti identificate; inoltre è stata valutato l'effetto del numero delle varianti o dell'associazione tra varianti diverse sulle caratteristiche cliniche della malattia. RISULTATI: Nei pazienti SLA è stata osservata una frequenza maggiore delle varianti missenso dei geni maggiori (1,6% nei pazienti SLA, 0,7% nei controlli; p=0,005); la diversa distribuzione delle varianti nei geni minori non ha invece raggiunto la significatività statistica. Restringendo l'analisi alle sole nuove varianti, una differenza significativa è emersa anche tra casi e controlli nelle varianti missenso nei geni minori (1,2% nei pazienti SLA, 0,6% nei controlli; p=0,013), ad indicare che la loro presenza nei pazienti è associata alla malattia. La compresenza di mutazioni principali e di mutazioni in geni minori a distribuzione prevalente nei pazienti conferma la natura oligogenica della SLA. Il numero delle varianti potenzialmente patogene non dimostra correlazione con l'età d'esordio, la durata della malattia, la sede d'esordio o il fenotipo clinico: questi risultati sono probabilmente un effetto numerosità campionaria relativamente ridotta e dalla presenza di polimorfismi benigni tra le varianti identificate. L'analisi della segregazione delle mutazioni all'interno di una famiglia SLA conferma l'incertezza sul ruolo svolto nella patologia dalle varianti in geni minori.