Correlazione genotipo-fenotipo nei pazienti SLA con mutazione FUS: case-series e revisione della letteratura

Background. Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a rare and fatal neurodegenerative disease, affecting primarily the motor system, with the loss of upper and lower motor neurons. Clinical manifestations and survival depend on several factors; among them, the genetic background seems to have a fundamental role. Among the genes most frequently associated to ALS there is FUS, and RNA/DNA binding-protein which mutations have been traditionally associated to an aggressive disease course. Objective. Since FUS mutations could become an actionable disease target with antisense oligonucleotide therapy, it is highly relevant to fully understand the clinical and genetic features of ALS patients FUS-related, to address them to these target therapies. Methods. Blood samples and prospective clinical data have been collected for 2615 patients diagnosed with ALS at the ALS Centre in Turin (Italy) from 2007 to 2020. In support of our Centre-based data, we performed a literature review that included all previously described FUS-ALS cases that reported both clinical data and detailed mutation status. The association between age at disease onset and mutation was evaluated with analysis of variance (ANOVA) with Tukey post-hoc test. Kaplan–Meier survival curves followed by log-rank test were used to evaluate the survival of different groups from disease onset. Univariate Cox regression was applied to derive unadjusted Hazard Ratios for death/tracheostomy and for death. Multivariate Cox regression models were used to estimate covariate-adjusted risk of death/tracheostomy (from onset) and to account for the age at onset – mutations interaction. Results. Age at onset was significantly anticipated in FUS mutation carriers; when comparing the major ALS mutations (C9orf72, SOD1, TARDBP, and FUS), FUS determined the earliest age at disease onset. ALS-FUS patients have an age-dependent effect: those with early onset show a short survival, while the outcome of patients with late onset does not differ from non-FUS ALS patients’ outcome. This effect prevails over each specific mutation. Besides, different mutations in FUS show some changes: truncating and some missense mutations (like p.P525L) seem to have a particularly destructive course, while others (such as p.Q519E) have a better prognosis. Three phenotypes have been identified: axial ALS (the "classic" phenotype of ALS FUS-related, with spinal onset and lower motor neuron signs predominance), aggressive young onset ALS (bulbar or upper limb onset in youth, short survival) and benign ALS (onset in adulthood, in the lower limbs, slow progression). Some additional cognitive and extrapyramidal features were also observed. Conclusions. ALS patients FUS-related show an important variability both in their clinical manifestations and their survival, with a fundamental age-dependent effect. However, specific genotype-phenotype correlation can be identified. This heterogeneity seems related to the peculiar genetic variability of FUS. Thus, we support the need to carry out a comprehensive genetic screening in all patients diagnosed with ALS in order to direct them to the appropriate therapies in the pre-symptomatic window of the disease, when the degeneration of the motor neurons may still be reversible.

Background. La Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è una malattia neuromuscolare degenerativa, rara e fatale, caratterizzata da alterazioni del primo e del secondo motoneurone. Il quadro clinico e il survival dei pazienti sono influenzati da molteplici fattori: tra questi, il background genetico svolge un ruolo cruciale. Tra i geni più frequentemente associati alla SLA compare FUS, codificante per una RNA/DNA binding-protein le cui mutazioni sono state spesso associate ad una forma di SLA particolarmente aggressiva. Obiettivo. Mutazioni in FUS potrebbero diventare un target actionable per terapie genetiche basate sugli oligonucleotidi antisenso: risulta fondamentale comprendere meglio le caratteristiche cliniche e genetiche dei pazienti SLA-FUS così da ottimizzare futuri trial e terapie. Questo Tesi si propone di analizzare le correlazioni genotipo- fenotipo nei pazienti con mutazioni FUS. Metodi. Tra il 2007 e il 2020 sono stati raccolti i campioni di sangue e dati clinici prospettici di 2615 pazienti con diagnosi di SLA presso il Centro SLA di Torino. A supporto di questi dati, è stata svolta una ricerca di letteratura che ha incluso tutti i casi SLA con mutazioni FUS descritti finora che riportavano sia dati clinici che dati riguardanti lo stato della mutazione. L’associazione tra l’età all’esordio di malattia e la mutazione è stata calcolata con analysis of variance (ANOVA) con Tukey post-hoc test. Le curve di Kaplan-Meier seguite dal log-rank test sono state usate per valutare il survival dei diversi gruppi dall’esordio di malattia. La regressione univariata di Cox è stata applicata per derivare gli Hazard Ratio aggiustati per decesso/tracheostomia e per decesso. I modelli di regressione multivariata di Cox sono stati usati per stimare il rischio aggiustato per covariata di decesso/tracheostomia (dall’esordio) e per rendere conto dell’interazione tra età all’esordio e mutazioni. Risultati. FUS si conferma avere età d’esordio precoce rispetto alla media e rispetto ai pazienti SLA, inclusi i pazienti SLA mutati in C9orf72, SOD1 o TARDBP. I pazienti SLA-FUS hanno un effetto età-dipendente: quelli con esordio precoce presentano survival breve, mentre i pazienti con esordio mid-to-late non hanno un outcome diverso dai pazienti SLA non-FUS. Tale effetto è indipendente dalla specifica mutazione. Sono presenti delle differenze tra le mutazioni FUS: le troncanti e alcune missenso (p.P525L) sembrano associate a un decorso destruente, altre (p.Q519E) ad una prognosi migliore. Sono stati individuati tre fenotipi: axial ALS (quadro “classico”, esordio spinale, predominanza di segni del secondo motoneurone), aggressive young onset ALS (esordio prevalentemente bulbare o agli arti superiori in età giovanile, survival breve) e benign ALS (esordio in età adulta, agli arti inferiori, progressione lenta). Sono state osservate alcune caratteristiche aggiuntive di tipo cognitivo ed extrapiramidale. Conclusioni. I pazienti SLA-FUS hanno fenotipi variabili, con un importante effetto età-dipendente, pur potendo identificare alcune specifiche correlazioni genotipo-fenotipo. Tale eterogeneità si correla ad una peculiare variabilità genetica. Supportiamo quindi la necessità di svolgere un sequenziamento completo in tutti i pazienti con diagnosi di SLA e in particolare nei pazienti con quadro clinico suggestivo per SLA-FUS, così da indirizzarli verso le future terapie target nella finestra pre-sintomatica.