Autofagia nella demenza frontotemporale: studio monocentrico di coorte con whole-exome sequencing

Background: The term frontotemporal dementia (FTD) is an umbrella term for a group of heterogeneous clinical syndromes resulting from frontotemporal lobar degeneration. There are two main forms, the behavioral variant (bvFTD) and the primary progressive aphasia (PPA) form with predominantly altered speech, differentiated into nonfluent/agrammatic variant (nfvPPA) and semantic variant (svPPA). The spectrum of FTD also includes forms associated with motor neuron disease (FTD-MND). In the disease pathogenesis, the genetic component is very relevant, up to 40% of diagnoses have a positive familiality. The most involved genes are MAPT, GRN and C9orf72 associated with 5-10% of cases each. Several other pathogenic genes have emerged for FTD, many of them involved in the autophagy process. Aim: To identify novel genetic mutations by whole-exome sequencing (WES) technique in a monocentric cohort of patients diagnosed in the FTD spectrum, after excluding the genetic causes that most commonly give disease phenotype. Variants in genes involved in the autophagy process with already known implication in the pathogenesis of FTD were studied, then autophagy genes not yet associated with the disease were selected and evaluated. Materials and methods: the study population consisted of 78 patients (38 F, 40 M) followed for mean follow-up of 10.5 years, diagnosed with FTD (bvFTD or PPA). DNA samples from the patients were subjected to genetic analysis by WES technique. A total of 31 genes involved in the autophagy process were studied, 8 already associated with FTD and 23 not yet associated. By complete, nonautomated reading of all variants present in the exons and introns (at a distance of less than 500 bps from adjacent exon) of these genes, those of possible interest were selected according to defined parameters, then classified according to the criteria of the ACMG guidelines and related to the patient. Finally, pathogenic or probably pathogenic variants found in genes already known for FTD were combined with variants in genes not yet associated, obtaining a complete picture, for each patient under study, of the variants borne by genes involved in autophagy. Results: 5 pathogenic or probably pathogenic variants in genes already known to be a cause of FTD (C9orf72, SQSTM1, TBK1, CHMP2B, OPTN, UBQLN2, CCNF, VCP) and 47 variants categorized as of uncertain significance (VUS) in 19 genes (mTOR, ATG9, NDST3, AMPK, WDR41, TAX1BP1, WIPI2, YKT6, FIP200, STX17, ATG2A, ATG13, TMEM41B, TOLLIP, ULK1, BECN1, NBR1, NDP52, STAU1) that are not yet related. No variants of interest were found in the ATG14, VPS34, SIRT2 and WIPI4 genes. The coexistence of pathogenic or probably pathogenic variants and VUS variants was shown in 6 patients. Conclusions: the results obtained demonstrate the close involvement between alterations in the autophagy pathway and the pathogenesis of FTD. Deepening the study may have an important diagnostic impact, bringing out genetic causes even for those cases with or without familiarity and negative for mutations in known high-frequency genes. The variants found and associations highlighted are therefore worthy of further study through studies that also include genetic analysis of family members or with functional in vitro models.

Background: Il termine demenza frontotemporale (FTD) è un termine ombrello per un gruppo di sindromi cliniche eterogenee derivanti da una degenerazione lobare frontotemporarale. Due sono le forme principali, la variante comportamentale (bvFTD) e la forma di afasia primaria progressiva (PPA), con alterazione prevalente del linguaggio, differenziata in variante non fluente/agrammatica (nfvPPA) e variante semantica (svPPA). Nello spettro di FTD rientrano anche le forme associate a malattia del motoneurone (FTD-MND). Nella patogenesi di malattia la componente genetica è molto rilevante, fino al 40% delle diagnosi è presente una familiarità positiva. I geni maggiormente coinvolti sono MAPT, GRN e C9orf72 associati al 5-10% dei casi l’uno. Sono emersi diversi altri geni patogeni per FTD, molti dei quali coinvolti nel processo di autofagia. Obiettivo: individuare nuove mutazioni genetiche tramite tecnica whole-exome sequencing (WES) in una coorte monocentrica di pazienti con diagnosi nello spettro FTD, dopo aver escluso le cause genetiche che più comunemente danno fenotipo di malattia. Sono state studiate le varianti nei geni coinvolti nel processo di autofagia con già nota implicazione nella patogenesi di FTD, poi selezionati e valutati geni dell’autofagia non ancora associati alla malattia. Materiali e metodi: la popolazione in studio è composta da 78 pazienti (38 F, 40 M) seguiti per follow-up medio di 10,5 anni, con diagnosi di FTD (bvFTD o PPA). I campioni di DNA dei pazienti sono stati sottoposti ad analisi genetica tramite tecnica WES. Sono stati studiati un totale di 31 geni coinvolti nel processo di autofagia, 8 già associati a FTD e 23 non ancora associati. Tramite lettura completa e non automatizzata di tutte le varianti presenti negli esoni e introni (a una distanza minore di 500 bps da esone adiacente) di questi geni, sono state selezionate quelle di possibile interesse secondo parametri definiti, successivamente classificate secondo i criteri delle linee guida ACMG e correlate al paziente. Infine, sono state associate le varianti patogene o probabilmente patogene rinvenute nei geni già noti per FTD con le varianti dei geni non ancora associati, ottenendo un quadro completo, per ogni paziente in studio, delle varianti a carico dei geni coinvolti nell’autofagia. Risultati: sono emerse dallo studio 5 varianti patogene o probabilmente patogene nei geni già noti per essere causa di FTD (C9orf72, SQSTM1, TBK1, CHMP2B, OPTN, UBQLN2, CCNF, VCP) e 47 varianti classificate come a incerto significato (VUS) in 19 geni (mTOR, ATG9, NDST3, AMPK, WDR41, TAX1BP1, WIPI2, YKT6, FIP200, STX17, ATG2A, ATG13, TMEM41B, TOLLIP, ULK1, BECN1, NBR1, NDP52, STAU1) non ancora correlati. Nei geni ATG14, VPS34, SIRT2 e WIPI4 non sono state rinvenute varianti di interesse. In 6 pazienti è stata evidenziata la coesistenza di varianti patogene o probabilmente patogeniche e varianti VUS. Conclusioni: i risultati ottenuti dimostrano lo stretto coinvolgimento tra alterazioni nel pathway di autofagia e la patogenesi di FTD. Approfondire lo studio può avere un importante impatto diagnostico, facendo emergere cause genetiche anche per quei casi con o senza familiarità e negativi per mutazioni in geni noti ad alta frequenza. Le varianti rinvenute e le associazioni evidenziate sono quindi degne di approfondimento tramite studi che prevedano anche l’analisi genetica dei familiari o con modelli funzionali in vitro.