La descrizione della sindrome, un disturbo del neurosviluppo legato al gene SF3B3, si deve a uno studio congiunto condotto dall'Università di Udine e dall'IRCCS Burlo Garofolo di Trieste
Tutto è cominciato da un bambino, ora ragazzo: un paziente seguito all’IRCCS Materno-Infantile “Burlo Garofolo” di Trieste che, dopo anni, ha potuto sottoporsi a un'analisi dell'intero esoma. Nel DNA di quel ragazzo, ormai maggiorenne, il genetista Flavio Faletra (Istituto di Genetica Medica di ASUFC e Università di Udine) ha trovato qualcosa di inatteso: una mutazione in un gene chiamato SF3B3, che fino a quel momento non era mai stato associato ad alcuna malattia umana. “Abbiamo rilevato una variante interessante, una mutazione spontanea, quindi non ereditata, in un gene che sembrava plausibilmente correlato alla condizione del paziente, anche perché si stavano cominciando a descrivere altre sindromi connesse a geni simili”, racconta Faletra. Il seme di quella intuizione ha impiegato alcuni anni a germogliare e il risultato è uno studio, pubblicato a febbraio su Genome Medicine, che descrive ufficialmente una nuova malattia genetica rara.
SF3B3: COSA NON FUNZIONA NELLO SPLICEOSOMA
Il gene SF3B3 è un componente fondamentale per l’assemblaggio dello spliceosoma, un complesso molecolare composto da più di cento proteine e diverse molecole di RNA. Faletra descrive il suo funzionamento con una metafora efficace: "È un macchinario che fa taglia e cuci". Lo spliceosoma è infatti responsabile dello splicing, cioè di rimuovere le sequenze di RNA non codificanti (introni) e di unire le sequenze codificanti (esoni) per elaborare le “istruzioni” genetiche definitive che guideranno la sintesi di proteine funzionali. Se qualcosa in questo processo si inceppa o qualche parte del complesso non funziona come dovrebbe, possono insorgere delle malattie chiamate spliceosomopatie. Il malfunzionamento dello spliceosoma è infatti alla base di oltre 200 patologie umane.
Più nello specifico, la disregolazione di SF3B3 era già nota per essere implicata in vari tumori (prostata, seno, colon-retto) e in diversi disturbi dello sviluppo neurologico, ma nessuna mutazione in questo gene era stata finora associata a una specifica patologia.
COME SI TROVA UNA MUTAZIONE RARA?
La mutazione protagonista dello studio è stata trovata partendo da un’analisi basata sul sequenziamento dell’intero esoma (WES, Whole Exome Sequencing), che consente di leggere la porzione codificante di tutti i 22mila geni umani, permettendo di superare l’odissea di incertezza che per anni ha messo a dura prova le famiglie in attesa di una diagnosi genetica. “Prima si trascorrevano giorni per cercare di capire quale gene analizzare e sequenziare; oggi si fanno analisi estensive del DNA e poi si analizzano i risultati in rapporto alle informazioni cliniche del paziente sotto mano”, prosegue Flavio Faletra. “È proprio un cambio di visione e, da quando mi sono trasferito dal Burlo all’Istituto di Genetica Medica a Udine, sono riuscito ad eseguire esami WES anche in epoca prenatale, per i feti con malformazione. In Friuli siamo fortunati, si fanno analisi di questo tipo sia a Udine che a Trieste, ma il problema vero è che queste tecnologie non sono disponibili ovunque, tanto che riceviamo spesso campioni da analizzare da tutta Italia”.
È TEMPO DI DESCRIVERE UNA NUOVA MALATTIA GENETICA
Una singola mutazione in un unico paziente non basta a descrivere una nuova sindrome, questo è noto. Ci vogliono più casi, e trovarli nel mondo delle malattie ultra-rare significa attivare reti internazionali di condivisione dei dati genomici, cosa che al giorno d’oggi è fortunatamente più facile di qualche decennio fa. Il prof. Faletra, dell'Università di Udine, e la collega Luciana Musante, dell'IRCCS Burlo Garofolo, prima autrice dello studio, hanno sfruttato piattaforme come GeneMatcher, DECIPHER e il Pediatric Cardiac Genomics Consortium per identificare, in altri centri di tutto il mondo, individui con mutazioni analoghe a quella del loro paziente. “Trovare altre persone con mutazioni in SF3B3 voleva dire che quello che avevamo capito per questo bambino era vero. Dopo qualche anno, siamo riusciti a raggiungere un numero tale di individui da cominciare a fare un po' di studi e valutare se effettivamente si trattava di una nuova sindrome”, racconta Faletra.
In totale, l’indagine ha portato all’identificazione di 24 persone, provenienti da quattro continenti, portatrici di mutazioni eterozigoti nel gene SF3B3, mutazioni che, nella quasi totalità dei casi, erano insorte de novo, cioè non ereditate dai genitori. Un numero notevole di pazienti per una condizione rarissima, che ha permesso di delineare uno spettro clinico coerente e riconoscibile della malattia. La ricerca pubblicata su Genome Medicine è quindi partita da un singolo paziente e ha richiesto anni di collaborazioni internazionali, simulazioni molecolari e analisi con intelligenza artificiale per arrivare al risultato attuale, che di fatto rappresenta un nuovo punto di partenza verso ulteriori studi.
UNA SINDROME, TRE LIVELLI DI GRAVITÀ
La patologia scoperta dai ricercatori italiani appartiene alla categoria dei disturbi del neurosviluppo, un insieme variegato di condizioni che complessivamente colpisce circa il 3% della popolazione mondiale. L’eterogeneità clinica e genetica di queste patologie complica notevolmente la loro identificazione, ma l'avvento di tecnologie di sequenziamento del DNA di nuova generazione, insieme a un numero crescente di strumenti bioinformatici, ha migliorato notevolmente il processo diagnostico, portando a una maggior possibilità di stabilire le cause molecolari di tali disturbi e di identificare nuovi geni patogeni.
Come spiegato nella pubblicazione, la sindrome associata a SF3B3 non si presenta in modo uniforme: lo studio descrive un continuum che va da forme gravi, con letalità perinatale, fino a presentazioni più lievi, caratterizzate da disturbi dello spettro autistico e disabilità intellettiva senza malformazioni congenite. La forma più grave della malattia è stata individuata in tre individui, due dei quali deceduti nei giorni successivi alla nascita e uno prima di nascere: presentavano microcefalia severa con fronte sfuggente, ritardo di crescita intrauterina e malformazioni multiple. La forma intermedia, la più diffusa nella casistica analizzata, si caratterizza per disabilità intellettiva da lieve a grave, malformazioni cardiache, problematiche genitourinarie e scheletriche e anomalie cerebrali evidenziate alla risonanza magnetica nel 91% dei pazienti esaminati. La forma più lieve è invece caratterizzata da disordini dello spettro autistico e disabilità intellettiva, senza altre malformazioni strutturali.
Comune a quasi tutti i pazienti con la forma intermedia è un fenotipo facciale caratteristico: fronte alta, ipertelorismo, occhi infossati con fessure palpebrali oblique, naso con radice depressa e punta bulbosa, capelli chiari. Queste caratteristiche tendono ad accentuarsi con l'età, come documentato dalle fotografie raccolte durante lo studio.
“La variabilità di presentazione di questa sindrome è una cosa che ci ha intrigato molto, proprio perché esiste un gradiente di gravità. Siamo partiti da qui per cercare di capire come funzionasse la malattia: questa era la nostra sfida. A tale scopo abbiamo pensato di creare delle collaborazioni e in Friuli, per fortuna, esistono tanti centri di ricerca all’avanguardia: ci siamo interfacciati con il gruppo del CNR-IOM/SISSA e con l’International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB), la cui sede principale è situata a Trieste”, continua Flavio Faletra.
QUANDO LA MACCHINA MOLECOLARE SI ROMPE
Uno degli apporti scientifici più originali dello studio è la caratterizzazione molecolare delle mutazioni nel gene SF3B3, realizzata grazie alle simulazioni condotte dal gruppo di Alessandra Magistrato, del Centro Nazionale Ricerche – Istituto Officina dei Materiali (CNR-IOM), presso la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste. Queste simulazioni hanno permesso di identificare tre cluster distinti di varianti, ciascuno con un meccanismo patogenetico diverso.
"I ricercatori del CNR-IOM/SISSA sono riusciti a classificare le mutazioni di SF3B3 e a darci un senso del perché alcune danno un quadro clinico più grave e altre meno grave", sintetizza Faletra. “Poi, avendo capito che si trattava di un problema di splicing, siamo andati a collaborare con chi di splicing ne sa e si occupa di fare analisi sui trascritti di RNA, e siamo arrivati a Emanuele Buratti, che lavora all'ICGEB”. Il gruppo di Buratti ha contribuito all'analisi del trascrittoma di fibroblasti derivati dai pazienti, per caratterizzare meglio l’impatto della mutazione sulla regolazione genica. I dati di sequenziamento mostrano che le mutazioni in SF3B3 alterano l'espressione di centinaia di altri geni, con effetti riconoscibili su regolatori del ciclo cellulare, su fattori di trascrizione implicati nello sviluppo neuronale e su geni coinvolti nella morfogenesi cardiaca e nella neurogenesi. L'analisi dello splicing alternativo ha rivelato che, spesso, nell’RNA maturo sintetizzato sulla base del codice genetico di SF3B3 restano degli introni che invece dovrebbero essere eliminati nella cosiddetta fase di traduzione, un elemento che risulta coerente con quanto osservato in altre patologie simili.
IL SUPPORTO DELL’INTELLIGENZA ARTIFICIALE
Tra gli aspetti più innovativi dello studio c’è l'utilizzo del software Gestalt Matcher, parte della piattaforma Face2Gene, per l’analisi delle fotografie dei volti dei pazienti. L'algoritmo converte i tratti del viso in descrittori numerici, consentendo il confronto sistematico tra individui diversi. "Grazie a software di questo tipo siamo in grado di riconoscere le caratteristiche tipiche del volto di persona affetta da una condizione genetica", spiega Faletra. “Questo può aiutare a raggiungere la corretta diagnosi nei casi in cui non è possibile accedere a indagini genetiche avanzate. Nel nostro studio, siamo riusciti a ricostruire le caratteristiche facciali tipiche della sindrome associata a SF3B3 e a dimostrare che gli individui che hanno mutazioni germinali in questo gene un po' si assomigliano, perché effettivamente le condizioni genetiche non ci rendono simili solo nella malattia, ma anche nelle nostre caratteristiche fisiche.”
NUOVI PROGETTI DI STUDIO PER APPROFONDIRE LA MALATTIA
La scoperta di una nuova sindrome è, nelle parole degli stessi ricercatori, soltanto il primo passo. “Adesso stiamo iniziando a scrivere dei progetti per riuscire a caratterizzare un po' meglio la malattia anche a livello cellulare”, spiega Faletra. “Vogliamo partire da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) per creare dei neuroni e studiare gli effetti delle mutazioni di SF3B3 nei tessuti più colpiti dalla malattia. L'idea è quella di iniziare a caratterizzare il processo del neurosviluppo, cioè, per esempio, riuscire a capire in quali fasi della formazione neuronale la mutazione di questo gene colpisce di più e se ci sono dei meccanismi specifici che sono alterati”.
È previsto anche lo studio del cosiddetto metiloma (l'insieme dei pattern di metilazione del DNA) per identificare la firma epigenetica specifica della sindrome associata a SF3B3, che consentirebbe la diagnosi della patologia anche nei casi in cui la mutazione non fosse identificabile con il sequenziamento convenzionale. “Questo vuol dire che se noi pensiamo di aver trovato un bambino che ha questa malattia, ma non troviamo la mutazione (ad esempio perché è intronica profonda) o non abbiamo la possibilità di analizzare l’esoma, con questa tecnologia noi possiamo comunque riconoscerla”, precisa l’esperto. “E questo, secondo me, sarà il passo più immediato: contiamo di raggiungere dei risultati già nei prossimi mesi”.
Gli scienziati italiani stanno mantenendo i contatti con diversi centri nel mondo e continuano la ricerca attiva di pazienti affetti dalla nuova sindrome, con l'ambizione di presentare la patologia nei principali congressi internazionali di genetica medica, dove potrebbe essere riconosciuta da chi ha già ‘nel cassetto’ una variante del gene SF3B3 senza aver ancora capito cosa significhi. “L’obiettivo è quello di far diventare i centri di Udine e Trieste il riferimento a livello mondiale per questa condizione. In futuro speriamo di diagnosticare il maggior numero di pazienti nel mondo, così da poter approfondire le ricerche e comprendere a fondo la malattia, e magari darle i nostri nomi, che sarebbe motivo di grande orgoglio”, conclude il prof. Faletra.
Seguici sui Social