Uno studio tutto italiano dimostra che, in pazienti senza mutazioni nei geni noti, MECP2 o CDKL5 la mutazione del gene FoxG1 è responsabile della SR, e rappresenta un grosso passo avanti nella conoscenza dei meccanismi molecolari che determinano la malattia.

Prof. Alessandra Renieri, Professore ordinario di Genetica Medica presso l’Univeristà di Siena, Direttore della UOC di Genetica Medica presso l’Azienda Ospedaliera Universitaria Senese

I geni della sindrome di Rett.

Fig. 1 I tre geni della sindrome di Rett. La Figura illustra le tre proteine codificate dai tre geni della sindrome di Rett: MeCP2 (in giallo), CDKL5 (in rosa) e FoxG1 (in verde).

La sindrome di Rett è una patologia progressiva dello sviluppo neurologico che colpisce principalmente le bambine ed è caratterizzata da ampia eterogeneità clinica. Oltre alla forma classica infatti sono state descritte 5 varianti: la variante a linguaggio conservato, la variante con convulsioni ad esordio precoce, la variante congenita, la variante a regressione tardiva e le “forme fruste”. Dopo il 1999, anno in cui è stato identificato il gene MECP2 come causa della forma classica, sono stati fatti numerosi passi avanti anche nella comprensione delle cause delle varianti Rett.

Nel 2000 la Genetica Medica di Siena ha dimostrato che anche la variante con conservazione del linguaggio è causata da mutazioni in MECP2 (1). Più recentemente il nostro gruppo ha contribuito all’identificazione di un secondo gene localizzato sempre sul cromosoma X, CDKL5, coinvolto nella variante Rett con convulsioni ad esordio precoce (2)(3). Mi fa piacere comunicare in anteprima ai lettori di questa rivista che nel prossimo numero di luglio della prestigiosa rivista American Journal of Human Genetics, pubblicheremo l’identificazione di un terzo gene responsabile della variante congenita della sindrome: il gene FOXG1 (4). Si tratta di una scoperta tutta italiana che nasce dalla stretta collaborazione scientifica tra l’Unità di Neuropsichiatria Infantile di Siena, attualmente diretta dal Dr. G. Hayek, il gruppo del Dr. V. Broccoli del San Raffaele di Milano e la nostra Unità Operativa di Genetica Medica.

Cosa succede nelle pazienti che non hanno mutazioni né nel gene MECP2 né nel gene CDKL5?

Visitando in ambulatorio un numero sempre crescente di pazienti senza mutazioni nei geni noti, MECP2 o CDKL5, mi sono persuasa che ci doveva essere almeno un altro gene responsabile della sindrome di Rett. Lo strumento tecnologico che ha aperto la strada alla ricerca del nuovo gene è stato l’array-CGH, una tecnologia altamente innovativa presente nel nostro laboratorio da un paio di anni e che permette di rilevare la presenza di delezioni o duplicazioni nel genoma con una risoluzione molto superiore al cariotipo. La dottoressa Eleni Katzaki e la dottoressa Filomena Papa applicando tale tecnologia hanno individuato una delezione sul cromosoma 14 in una bambina di 7 anni con un quadro clinico parzialmente sovrapponibile alla sindrome di Rett (5). La dottoressa Francesca Ariani, in base a questo risultato ha cominciato ad ipotizzare che un gene contenuto all’interno della regione sul cromosoma 14 potesse essere responsabile dei casi Rett senza mutazioni nei due geni noti. Lo studio del contenuto genico di tale regione ha mostrato che solo 5 geni erano inclusi nella delezione. Tra questi, il gene FOXG1 è sembrato subito un candidato molto interessante in quanto codifica per un fattore trascrizionale espresso quasi esclusivamente nel cervello. Le dottoresse Rosangela Artuso, Dalila Rondinella, e Ariele Rosseto hanno quindi cominciato ad analizzare tutte le pazienti con sindrome di Rett del nostro ambulatorio, negative per mutazioni in MECP2 o CDKL5 (6). In un primo gruppo di 53 pazienti, esse hanno trovato una mutazione del gene FOXG1 in due bambine entrambe affette dalla variante congenita della sindrome. Tale variante è stata inizialmente descritta dalla Dottoressa Susanna Rolando nel 1985 (7). Diversamente dalle RTT classiche, nella forma congenita il ritardo psicomotorio è evidente sin dai primi mesi di vita.

Quali sono le caratteristiche dei pazienti con variante congenita della sindrome di Rett?

Il racconto dei genitori circa la storia clinica delle due pazienti con mutazione in FOXG1 è molto simile. Si tratta di una ragazza di 22 anni e di una bambina di 7 anni. In entrambe, già a 3 mesi di vita, è stata notata una ridotta crescita della circonferenza cranica. Le bambine hanno iniziato a manifestare crisi di pianto inconsolabile, a non rispondere e a non sollevare più la testa. A partire da un anno di età, entrambe hanno cominciato a mostrare movimenti stereotipati tipici della sindrome di Rett. Entrambe non hanno mai acquisito né il linguaggio né le capacità motorie. Soffrono di crisi epilettiche, insorte nel primo caso a 14 anni e nell’altro a 2 anni e mezzo. Nelle due pazienti sono inoltre presenti microcefalia, anomalie del respiro, bruxismo, scoliosi ed estremità fredde.

Chi è FOXG1?

FOXG1 codifica una proteina che, come MECP2, regola l’espressione di altri geni. E’ stato dimostrato che, interagendo con fattori come JARID1B, HDAC1 e proteine della famiglia Groucho, esercita un ruolo fondamentale nelle prime fasi di sviluppo del cervello. Infatti la proteina FoxG1 viene espressa nelle fasi precoci dello sviluppo, cioè durante la vita embrionale. Questo rappresenta una differenza fondamentale rispetto a MeCP2 che invece raggiunge la sua massima espressione dopo la nascita e potrebbe spiegare l’insorgenza precoce dei sintomi rispetto alla forma classica. Dato che mutazioni in MECP2 e FOXG1 causano un quadro clinico simile, rimane da chiarire se e come le due proteine interagiscano a qualche livello. Abbiamo provato a rispondere a questa domanda andando a studiare in dettaglio la loro espressione nel cervello di topo a livello pre e post-natale. Questi studi sono stati condotti dal gruppo della dottoressa Vania Broccoli, presso l’Istituto Scientifico San Raffaele di Milano. In effetti è emerso che nella corteccia cerebrale FoxG1 è espressa anche dopo la nascita, seppure a livelli inferiori rispetto alla vita fetale. In questa fase dello sviluppo quindi le due proteine potrebbero “incontrarsi” e interagire in qualche modo. A livello di singola cellula è stato inoltre dimostrato che anche FoxG1 è localizzata nel nucleo, ma a differenza di MeCP2 non sembra essere associato stabilmente alla eterocromatina. E’ anche possibile che un’interazione diretta tra le due proteine non si verifichi e che le due proteine agiscano come fattori di regolazione a diversi stadi di sviluppo nel processo che porta alla completa formazione della corteccia cerebrale, dalle fasi iniziali fino alla determinazione delle connessioni tra neuroni. Il gruppo della dottoressa Broccoli è impegnato nel prossimo futuro a chiarire la connessione tra le funzioni delle due proteine.

FOXG1 è responsabile della sindrome di Rett anche nei maschi.

A differenza dei geni MECP2 o CDKL5, il gene FOXG1 non è localizzato sul cromosoma X. Il gene FOXG1 è localizzato su un autosoma e precisamente sul braccio lungo del cromosoma 14. Questo significa che la malattia dovuta alla sua alterazione non è esclusiva del sesso femminile e quindi anche pazienti di sesso maschile possono essere affetti dalla variante congenita della sindrome di Rett. Nell’ambito del network europeo EuroRETT E-RARE coordinato dal dott. Laurent Villard un ampio gruppo di pazienti provenienti da tutta Europa, maschi e femmine, è in corso di analisi. Lo studio di un ampio numero di pazienti permetterà di caratterizzare meglio il quadro clinico dovuto a mutazione nel gene FOXG1.

Disponibilità del test per FOXG1.

Presso la Genetica Medica di Siena è possibile effettuare il test per il gene FOXG1 in tutti quei pazienti che siano risultati negativi per i geni MECP2 o CDKL5. I genitori che lo desiderano possono prendere un appuntamento per consulenza genetica al numero 0577 585316. I medici di riferimento sono la professoressa Francesca Mari, la dottoressa Maria Antonietta Mencarelli e la dottoressa Marzia Pollazzon.

Il gruppo di ricerca sulla Sindrome di Rett della Genetica Medica di Siena.Da sinistra: Maria Antonietta Mencarelli, Marzia Pollazzon, Rosangela Artuso Alessandra Renieri, Francesca Ariani, Filomena Tiziana Papa, Dalila Rondinela, Ilaria Meloni

La ricerca italiana è competitiva.

Questa scoperta rappresenta un grosso passo avanti nella conoscenza dei meccanismi molecolari che determinano la malattia, aumenta la capacità diagnostica sulle pazienti e in futuro potrebbe rappresentare la base per delineare strategie terapeutiche. Mi fa piacere sottolineare che un gruppo completamente italiano ha dimostrato di essere competitivo a livello internazionale. La scoperta è stata resa possibile grazie alla combinazione di tre elementi chiave: l’intensa attività assistenziale offerta dall’Azienda Ospedaliera Universitaria Senese attraverso la Neuropsichiatria Infantile (circa 200 pazienti/anno), l’avanzamento tecnologico (piattaforma array-CGH) e l’attività di ricerca della Genetica Medica sostenuta sia dall’Università di Siena che da Telethon. Questo risultato sottolinea quanto è importante convogliare anche a livello nazionale e non solo a livello internazionale le risorse economiche da destinare alla ricerca.

Il professor Hayek con il suo team

Riferimenti bibliografici

1. De Bona C, Zappella M, Hayek G, Meloni I, Vitelli F, Bruttini M, Cusano R, Loffredo P, Longo I, Renieri A. Preserved speech variant is allelic of classic Rett syndrome. Eur J Hum Genet. 2000 May;8(5):325-30.
2. Scala E., Ariani F., Mari F., Caselli R., Pescucci C., Longo I., Meloni I., Giachino D., Bruttini M., Hayek G., Zappella M., Renieri A. CDKL5/STK9 is mutated in Rett syndrome variant with infantile spasm. J Med Genet 2005 Feb;42(2):103-7.
3. Mari F., Azimonti S., Bertani I., Bolognese F., Colombo E., Caselli R., Scala E., Longo I., Grosso S., Pescucci C., Ariani F., Hayek G., Balestri P., Bergo A., Badaracco G., Zappella M., Broccoli V., Renieri A., Kilstrup-Nielsen C. and Landsberger N. CDKL5 belongs to the same molecular pathway of MeCP2 and it is responsible for the early-onset seizure variant of Rett syndrome. Hum Mol Genet 2005 Jul 15;14(14):1935-46.
4. Ariani F., Hayek G., Rondinella D., Artuso R., Mencarelli M.A., Rosseto A., Pollazzon M., Buoni S., Spiga O., Ricciardi S, Meloni I., Longo I., Mari F., Broccoli V., Zappella M., Renieri A. FOXG1 is responsible for the congenital variant of Rett syndrome. Am J Hum Genet in pubblicazione.
5. Papa F.T., Mencarelli M.A., Caselli R., Katzaki E., Sampieri K., Meloni I., Ariani F., Longo I., Maggio A., Balestri P., Grosso S., Farnetani M.A., Berardi R., Mari F., Renieri A. A 3 Mb deletion in 14q12 causes severe mental retardation, mild facial dysmorphisms and Rett-like features. Am J Med Genet A. in pubblicazione.
6. Sampieri K, Meloni I, Scala E, Ariani F, Caselli R, Pescucci C, Longo I, ArtusoR, Bruttini M, Mencarelli MA, Speciale C, Causarano V, Hayek G, Zappella M, Renieri A, Mari F. Italian Rett database and biobank. Hum Mutat. 2007 Apr;28(4):329-35.
7. Rolando S. Rett syndrome: report of eight cases. Brain Dev. 1985;7(3):290-6.