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Sin dal 1976 è stato ipotizzato che anomalie cromosomiche che interessavano il cromosoma 15 potessero essere all’origine della sindrome di Prader-Willi. Nel 1981 Ledbetter et al. (N. Engl.J.Med. 304:325-329) hanno descritto alcuni pazienti portatori di una delezione interstiziale a carico del braccio lungo del cromosoma 15 (15q11-13). Successivamente è stato dimostrato utilizzando il cariotipo ad alta risoluzione che il fenotipo della PWS era dovuto nel 70% dei casi ad una delezione, nel 4% a duplicazioni o traslocazioni, mentre il restante 25% circa presentava un cariotipo normale.

Le tecniche di biologia molecolare hanno confermato che il cromosoma 15 deleto nei pazienti con PWS era sempre quello di origine paterna e che quindi la sindrome è dovuta alla mancanza di contributo paterno per la regione 15q11-q13. Da notare invece che la mancanza del contributo materno per la stessa regione cromosomica dà luogo invece alla sindrome di Angelman che si presenta con un fenotipo completamente differente.

Recentemente è stato isolato il gene SNRPN (small nuclear ribonucleoprotein polipeptide N) che sembra coinvolto nella genesi della PWS.

Le alterazioni del cromosoma 15 riscontrate in tale sindrome sono in realtà dovute a 3 diversi meccanismi:

  1. Delezione della regione 15q11-q13 : si riscontra in circa IL 70%  dei casi nei quali risulta una delezione del frammento 15q11-q13 sul cromosoma 15. Il cromosoma che presenta la delezione è sempre quello di origine paterna, per cui mancheranno quei geni normalmente funzionanti sul cromosoma 15 paterno necessari per un normale sviluppo.
  2. Disomia uniparentale materna (uniparental disomy UPD) : si riscontra in circa il 28% dei casi. Entrambi i cromosomi sono di origine materna; manca quindi il contributo paterno per l’assenza dell’intero cromosoma 15 dove sono presenti i geni attivi della regione 15q11-q13
  3. Mutazione del centro dell’imprinting (IC): tali pazienti non presentano né una delezione né una UPD. Sono casi abbastanza rari (circa l’1-2%). In questi casi l’alterazione è più fine in quanto coinvolge esclusivamente un piccolo frammento che regola l’espressione dei geni circostanti (detto centro dell’imprinting). Il funzionamento corretto di questa regione permette l’espressione dei geni della regione 15q11-q13 di origine paterna. Quando il centro dell’imprinting è mutato i geni che dovrebbero essere espressi dal cromosoma paterno non lo saranno più con la conseguenza finale analoga a quella della delezione o della disomia uniparentale.

Vanno anche ricordate le traslocazioni che interessano il cromosoma 15q11-q13 (circa l’1% dei casi). In tali pazienti è necessario estendere lo studio ai genitori. Il meccanismo attraverso cui questa anomalia determina il fenotipo è sempre riconducibile alla delezione o alla mancanza della regione 15q11-q13 di origine paterna.

In caso di delezione l’anomalia genetica insorge durante la spermatogenesi; in tali casi si determina una perdita della porzione 15q11-q15. In caso di UPD l’alterazione sembra avvenire primitivamente per una non disgiunzione nella meiosi materna formandosi così uno zigote trisomico, che successivamente perde il cromosoma 15 paterno. Si ha così una disomia uniparentale materna del cromosoma 15.

Non è stata ancora dimostrata una causa esterna all’origine delle alterazioni genetiche riscontrate nella PWS, né si è a conoscenza di fattori di rischio che possano indurre negli spermatozoi il tipo di alterazione genetica responsabile della sindrome.

Le analisi citogenetiche convenzionali (cariotipo ad alta risoluzione) non sono più appropriate per la diagnosi: è infatti possibile che venga evidenziata una delezione al cariotipo in pazienti che in realtà non hanno la PWS e , viceversa, che non si evidenzi la delezione in soggetti in cui le indagini di biologia molecolare risultino positive.
Le analisi molecolari del DNA permettono invece di confermare o escludere la diagnosi di PWS con certezza e sono le seguenti:

  1. Il test di metilazione viene effettuato mediante tecnica del southern blotting utilizzando la sonda PW71 in grado di rilevare la differente metilazione presente nella regione critica per gli omologhi parentali e si effettua su un campione di sangue del paziente. Esso risulta positivo in tutti i casi di PWS. La negatività del test esclude la diagnosi. Tuttavia il test non è in grado di distinguere i pazienti con delezione da quelli con UPD. E’ positivo anche nei soggetti con mutazioni dell’imprinting ;
  2. FISH (fluorescenze in siti hybridization) è una tecnica di citogenetica molecolare che utilizza la sonda SNRPN o D15S10 in grado di identificare solo i casi dovuti a delezione del cromosoma 15 e pertanto da sola è in grado di diagnosticare il 70% dei soggetti con PWS ;
  3. L’analisi dei microsatelliti mediante polymerase chain reaction (PCR) è una indagine molecolare che permette il confronto tra loci polimorfici della regione 15q11-q13 del bambino e quelli analoghi di entrambi i genitori  consentendo così l’identificazione di un esclusivo contributo materno per la regione in esame (per disomia uniparentale o delezione del cromosoma paterno). Essa è in grado di riconoscere i casi con UPD e quelli con mutazione dell’imprinting center. Con tale metodica è però necessario un campione di sangue anche di entrambi i genitori.

Al momento il test di metilazione rappresenta il metodo di scelta per una rapida diagnosi dei pazienti con sospetta sindrome di Prader-Willi.

Il cariotipo è comunque sempre necessario per identificare i casi con riarrangiamenti cromosomici (traslocazioni o cromosomi soprannumerari) che coinvolgono la regione 15q11-q13.

Qualora il test di metilazione risulti patologico si dovrà effettuare una FISH alla ricerca di una delezione. L’assenza di tale alterazione in un paziente con test di metilazione anomalo sarà fortemente suggestivo di UPD. Tale sospetto tuttavia dovrà essere confermato attraverso l’uso dei microsatelliti (PCR), in quanto l’assenza di una delezione o di una disomia uniparentale in un paziente con metilazione anomala sarebbe suggestivo di una mutazione dell’imprinting center con conseguente variazione del rischio di ricorrenza familiare.

E’ opportuno inoltre accertare la reale anomalia del cromosoma 15 poiché recentemente alcuni lavori hanno evidenziato delle differenze nel quadro clinico dei pazienti PWS a seconda dell’assetto genetico. In particolare i soggetti con UPD hanno delle caratteristiche facciali meno evidenti rispetto ai pazienti con delezione, non presentano il fenomeno dello skin picking né l’ipopigmentazione che frequentemente si ritrova invece nell’altro tipo di pazienti ; si ipotizzano inoltre delle differenze riguardo al grado di sviluppo mentale, a particolari attitudini comportamentali ed ad eventuali complicanze (5/13)