Investigating oligogenic architecture in ALS: a comparison between the Piedmontese and Sardinian population Background: Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disorder in whose etiology genetic factors make a high contribution, both in familial and sporadic cases. Multiple studies have described ALS cases with multiple mutations in different ALS genes; however, the hypothesis that ALS is an oligogenic disorder is still a matter of debate. Objective: The aim of this study is to investigate the oligogenic architecture of ALS with a comparison between Piedmontese and Sardinian ALS population. Methods: We performed Whole Genome Sequencing (WGS) in 1046 ALS patients from the Piemonte and Aosta Register for ALS (PARALS) and 677 healthy controls, and Whole Exome Sequencing (WES) in 191 Sardinian patients and 83 healthy controls. Identified variants were classified based on clinical, epidemiological and bioinformatical criteria in three groups, with decreasing levels of penetrance and degree of association with the disease: likely pathogenic (LP), predicted likely pathogenic (PLP) and variants of uncertain significance (VUS). We then identified all patients with two or more variants and assessed if the number of oligogenic ALS cases was significantly higher than in healthy controls; we also tested whether oligogenic cases are higher than the expected by chance based on the frequency of selected variants in cases and controls. We also assessed if the patients with multiple variants had a lower age at onset than patients with one variant or wild type ones. Results: We identified 133 Piedmontese cases and 43 controls and 46 Sardinian cases and 15 controls with multiple LP, PLP, VUS variants or C9orf72 expansion. When all variants were included in the analysis, the number of oligogenic cases in the Piedmontese cohort was significantly higher than the controls. However, we did not observe the same result when the analysis was limited to VUS. By contrast, in the Sardinian cohort, we did not observe any significant difference between the number of Sardinian oligogenic cases and controls. We also did not identify a greater than chance combination of pathogenic mutations neither in the Piedmontese cohort nor in the Sardinian one. While oligogenic cases in Sardinian cohort did not show a significantly lower age at onset, we observed a difference between oligogenic cases, cases with one mutation and wild type cases in the Piedmontese cohort: however, the greatest difference was found between wild type patients and patients with one mutation. Conclusion and relevance: Our results suggest that the definition of oligogenic and mutated patient depends strictly on the criteria used to select and classify variants and the rates of oligogenic cases varies according to the intrinsic characteristics of the analysed population. Our analysis did not confirm that a high mutational burden of rare variants in the same subject is associated with a higher risk of developing the disease or an earlier onset. Supervisor: Prof. Adriano Chiò Candidate: Michele Giovanni Croce
Analisi della struttura oligogenica nella SLA: confronto fra la popolazione piemontese e sarda Background: La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una grave patologia neurodegenerativa con un importante contributo eziologico di fattori genetici, sia nelle forme familiari sia nelle forme sporadiche. Diversi studi in passato hanno riscontrato una certa quota di casi SLA con una mutazione in più di un gene di malattia, e l’ipotesi che l’ereditarietà possa essere di tipo oligogenico è tuttora oggetto di discussione. Obiettivo: L’obiettivo di questo studio è quello di indagare l’ipotesi oligogenica della malattia confrontando le caratteristiche genetiche di una coorte di pazienti piemontesi e una coorte di pazienti sardi. Metodi: Abbiamo eseguito il sequenziamento genomico completo (WGS) di 1046 pazienti del Registro di Piemonte e Aosta per la SLA (PARALS) e 677 controlli sani, e il sequenziamento esomico completo (WES) di 191 pazienti sardi e 83 controlli sani. Abbiamo analizzato le varianti riscontrate e, sulla base di caratteristiche cliniche, epidemiologiche e bioinformatiche, le abbiamo suddivise in tre categorie, con gradi decrescenti di penetranza e associazione con la malattia: likely pathogenic (LP), predicted likely pathogenic (PLP) e variant of uncertain significance (VUS). Per ciascun gruppo, abbiamo identificato i casi e i controlli portatori di più di una variante e valutato se il numero di casi fosse significativamente superiore rispetto ai controlli e in eccesso rispetto a quanto ci si potrebbe attendere sulla base della frequenza delle varianti identificate. Per valutare se la presenza di più varianti possa modificare il fenotipo, abbiamo confrontato l’età di esordio fra pazienti con più di una mutazione, una sola mutazione o wild-type. Risultati: Abbiamo identificato 133 casi e 43 controlli piemontesi, e 46 casi e 15 controlli sardi portatori di più di una variante LP, PLP, VUS o dell’espansione in C9orf72. La percentuali di casi oligogenici piemontesi è risultata significativamente superiore rispetto alla percentuale di controlli, ma non abbiamo osservato questa differenza limitando l’analisi solo alle VUS. Invece, la percentuale di casi sardi oligogenici non è risultata superiore rispetto ai controlli. In nessuna delle due coorti si è osservato al test binomiale una numero di casi oligogenici superiori rispetto all’atteso. All’analisi della varianza si è osservata una minore età all’esordio nei pazienti oligogenici rispetto ai casi mutati e wild type piemontesi solo quando l’analisi non comprendeva le VUS.: al t-test, infatti, questa differenza è risultata dipendere soprattutto dalla ridotta età all’esordio dei pazienti con una sola mutazione. Nei sardi non si è osservata questa differenza. Conclusioni: i nostri risultati suggeriscono che la definizione di paziente genetico e oligogenico dipendono strettamente dai criteri di scelta delle varianti e dalla popolazione studiata. I risultati delle analisi eseguite non consentono di confermare che la presenza di un alto carico mutazionale nello stesso soggetto aumenti sensibilmente il rischio di sviluppare la malattia né di avere un’insorgenza più precoce. Relatore: Prof. Adriano Chiò Candidato: Michele Giovanni Croce
Analisi della struttura oligogenica nella SLA: confronto fra la popolazione piemontese e sarda
CROCE, MICHELE GIOVANNI
2020/2021
Abstract
Analisi della struttura oligogenica nella SLA: confronto fra la popolazione piemontese e sarda Background: La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una grave patologia neurodegenerativa con un importante contributo eziologico di fattori genetici, sia nelle forme familiari sia nelle forme sporadiche. Diversi studi in passato hanno riscontrato una certa quota di casi SLA con una mutazione in più di un gene di malattia, e l’ipotesi che l’ereditarietà possa essere di tipo oligogenico è tuttora oggetto di discussione. Obiettivo: L’obiettivo di questo studio è quello di indagare l’ipotesi oligogenica della malattia confrontando le caratteristiche genetiche di una coorte di pazienti piemontesi e una coorte di pazienti sardi. Metodi: Abbiamo eseguito il sequenziamento genomico completo (WGS) di 1046 pazienti del Registro di Piemonte e Aosta per la SLA (PARALS) e 677 controlli sani, e il sequenziamento esomico completo (WES) di 191 pazienti sardi e 83 controlli sani. Abbiamo analizzato le varianti riscontrate e, sulla base di caratteristiche cliniche, epidemiologiche e bioinformatiche, le abbiamo suddivise in tre categorie, con gradi decrescenti di penetranza e associazione con la malattia: likely pathogenic (LP), predicted likely pathogenic (PLP) e variant of uncertain significance (VUS). Per ciascun gruppo, abbiamo identificato i casi e i controlli portatori di più di una variante e valutato se il numero di casi fosse significativamente superiore rispetto ai controlli e in eccesso rispetto a quanto ci si potrebbe attendere sulla base della frequenza delle varianti identificate. Per valutare se la presenza di più varianti possa modificare il fenotipo, abbiamo confrontato l’età di esordio fra pazienti con più di una mutazione, una sola mutazione o wild-type. Risultati: Abbiamo identificato 133 casi e 43 controlli piemontesi, e 46 casi e 15 controlli sardi portatori di più di una variante LP, PLP, VUS o dell’espansione in C9orf72. La percentuali di casi oligogenici piemontesi è risultata significativamente superiore rispetto alla percentuale di controlli, ma non abbiamo osservato questa differenza limitando l’analisi solo alle VUS. Invece, la percentuale di casi sardi oligogenici non è risultata superiore rispetto ai controlli. In nessuna delle due coorti si è osservato al test binomiale una numero di casi oligogenici superiori rispetto all’atteso. All’analisi della varianza si è osservata una minore età all’esordio nei pazienti oligogenici rispetto ai casi mutati e wild type piemontesi solo quando l’analisi non comprendeva le VUS.: al t-test, infatti, questa differenza è risultata dipendere soprattutto dalla ridotta età all’esordio dei pazienti con una sola mutazione. Nei sardi non si è osservata questa differenza. Conclusioni: i nostri risultati suggeriscono che la definizione di paziente genetico e oligogenico dipendono strettamente dai criteri di scelta delle varianti e dalla popolazione studiata. I risultati delle analisi eseguite non consentono di confermare che la presenza di un alto carico mutazionale nello stesso soggetto aumenti sensibilmente il rischio di sviluppare la malattia né di avere un’insorgenza più precoce. Relatore: Prof. Adriano Chiò Candidato: Michele Giovanni Croce| File | Dimensione | Formato | |
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