La Retinite Pigmentosa (RP) è una patologia ereditaria oculare altamente eterogenea, caratterizzata da una progressiva degenerazione retinica. È considerata una malattia rara, anche se la prevalenza a livello mondiale dimostra il contrario, variando approssimativamente da 1:9000 ad 1:750, in base alla localizzazione geografica. I soggetti affetti da RP sono circa 1-5 su 10.000 in Italia, mentre non sono disponibili dati precisi sulla frequenza in Sicilia. Il termine “pigmentosa” fa riferimento al caratteristico aspetto dato da accumuli di pigmento a livello retinico negli stadi più avanzati della patologia. Il primo sintomo generalmente presente è dato dalla ridotta visione notturna, seguito da una progressiva perdita del campo visivo periferico (visione a “tunnel”). L’elevatissima eterogeneità mostrata dai pazienti affetti da RP è sapientemente dimostrata dall’ampio numero di difetti genetici associati alla patologia. Ad oggi, più di 80 geni risultano coinvolti nelle forme non sindromiche di RP, ma questo elenco è in costante aggiornamento. Ognuno di questi geni appartiene ad un sottotipo gene-specifico di RP con un peculiare spettro fenotipico. In più, molti fattori possono variare ampiamente all’interno di questi particolari sottotipi, anche all’interno dei membri appartenenti alla stessa famiglia, suggerendo la presenza di fattori genetici/ambientali ancora sconosciuti che possono influenzare l’eziopatogenesi della malattia. Scopo primario di questo lavoro è migliorare la classificazione di forme orfane di RP, unitamente al chiarire maggiormente i meccanismi eziopatogenetici di quelle già note. Tali obiettivi sono stati realizzati utilizzando un approccio omico complesso, in grado di trarre beneficio dall’utilizzo delle moderne tecniche di Next Generation Sequencing e della derivata analisi del “Big Data”, portando alla luce i lati più eterogenei e nascosti della RP. È stato identificato un cluster complesso di varianti-geni candidati associati a forme di RP le cui cause genetiche erano prima sconosciute. Questi geni (PDE4DIP, LTF, CCDC175, GLOI, PPEF2, RNF144B, RDH13, FLT3, RCVRN, GNB1, GNGT1, GRK7, ARRB1, RLBP1, CACNG8, RXRG, PAX2, EYS, MYO7A, RP1, ABCA4, ELOVL4) codificano per varie proteine coinvolte nella fisiologia dell’occhio e della retina. In più, sono stati trovati nuovi “macro – pathway” candidati con numerosi sub – pathway che potrebbero essere coinvolti nell’eziopatogenesi della RP. Tra questi, sono risultate di notevole rilievo le variazioni di espressione in geni coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare, nel trafficking cellulare, nella migrazione cellulare, nello stress del reticolo endoplasmatico, nell’attività chaperonica, nel signaling mediato dalle small GTPasi, nel ciclo dell’acido retinoico in relazione all’epigenetica, in difetti microvascolari, nell’instabilità cromosomica, nei ritmi circadiani correlati al metabolismo lipidico, nell’integrità delle sinapsi, nel complesso JUN e nella sopravvivenza delle cellule retiniche. Oltre ai geni codificanti, 3155 lncRNAs e 162 sncRNAs hanno mostrato alterazioni di espressione in esperimenti di trascrittomica, ncRNAs aventi come target host gene coinvolti in numerosi pathway biochimici correlati alle funzioni visive. Uno di questi, corroborato da analisi di Whole Genome Sequencing, è inerente alla compromissione sinaptica della neurotrasmissione retinica, che potrebbe essere considerato, per la prima volta, un serio candidato all’eziopatogenesi della RP. I risultati ottenuti potrebbero rappresentare un importante passo verso la scoperta e la classificazione di forme di RP ad oggi sconosciute. Gli step successivi dovrebbero prevedere l’analisi genetica di pazienti affetti da tali forme orfane di RP, alla ricerca di varianti nei geni candidati precedentemente selezionati, al fine di stabilire nuove correlazioni genotipo – fenotipo. Infine, la “caratterizzazione molecolare” di tali pazienti potrà permettere future inclusioni degli stessi in trial clinici basati sulla terapia genica.

New omics approaches improving classification and personalized retinitis pigmentosa diagnosis

DONATO, LUIGI
2018-11-16

Abstract

La Retinite Pigmentosa (RP) è una patologia ereditaria oculare altamente eterogenea, caratterizzata da una progressiva degenerazione retinica. È considerata una malattia rara, anche se la prevalenza a livello mondiale dimostra il contrario, variando approssimativamente da 1:9000 ad 1:750, in base alla localizzazione geografica. I soggetti affetti da RP sono circa 1-5 su 10.000 in Italia, mentre non sono disponibili dati precisi sulla frequenza in Sicilia. Il termine “pigmentosa” fa riferimento al caratteristico aspetto dato da accumuli di pigmento a livello retinico negli stadi più avanzati della patologia. Il primo sintomo generalmente presente è dato dalla ridotta visione notturna, seguito da una progressiva perdita del campo visivo periferico (visione a “tunnel”). L’elevatissima eterogeneità mostrata dai pazienti affetti da RP è sapientemente dimostrata dall’ampio numero di difetti genetici associati alla patologia. Ad oggi, più di 80 geni risultano coinvolti nelle forme non sindromiche di RP, ma questo elenco è in costante aggiornamento. Ognuno di questi geni appartiene ad un sottotipo gene-specifico di RP con un peculiare spettro fenotipico. In più, molti fattori possono variare ampiamente all’interno di questi particolari sottotipi, anche all’interno dei membri appartenenti alla stessa famiglia, suggerendo la presenza di fattori genetici/ambientali ancora sconosciuti che possono influenzare l’eziopatogenesi della malattia. Scopo primario di questo lavoro è migliorare la classificazione di forme orfane di RP, unitamente al chiarire maggiormente i meccanismi eziopatogenetici di quelle già note. Tali obiettivi sono stati realizzati utilizzando un approccio omico complesso, in grado di trarre beneficio dall’utilizzo delle moderne tecniche di Next Generation Sequencing e della derivata analisi del “Big Data”, portando alla luce i lati più eterogenei e nascosti della RP. È stato identificato un cluster complesso di varianti-geni candidati associati a forme di RP le cui cause genetiche erano prima sconosciute. Questi geni (PDE4DIP, LTF, CCDC175, GLOI, PPEF2, RNF144B, RDH13, FLT3, RCVRN, GNB1, GNGT1, GRK7, ARRB1, RLBP1, CACNG8, RXRG, PAX2, EYS, MYO7A, RP1, ABCA4, ELOVL4) codificano per varie proteine coinvolte nella fisiologia dell’occhio e della retina. In più, sono stati trovati nuovi “macro – pathway” candidati con numerosi sub – pathway che potrebbero essere coinvolti nell’eziopatogenesi della RP. Tra questi, sono risultate di notevole rilievo le variazioni di espressione in geni coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare, nel trafficking cellulare, nella migrazione cellulare, nello stress del reticolo endoplasmatico, nell’attività chaperonica, nel signaling mediato dalle small GTPasi, nel ciclo dell’acido retinoico in relazione all’epigenetica, in difetti microvascolari, nell’instabilità cromosomica, nei ritmi circadiani correlati al metabolismo lipidico, nell’integrità delle sinapsi, nel complesso JUN e nella sopravvivenza delle cellule retiniche. Oltre ai geni codificanti, 3155 lncRNAs e 162 sncRNAs hanno mostrato alterazioni di espressione in esperimenti di trascrittomica, ncRNAs aventi come target host gene coinvolti in numerosi pathway biochimici correlati alle funzioni visive. Uno di questi, corroborato da analisi di Whole Genome Sequencing, è inerente alla compromissione sinaptica della neurotrasmissione retinica, che potrebbe essere considerato, per la prima volta, un serio candidato all’eziopatogenesi della RP. I risultati ottenuti potrebbero rappresentare un importante passo verso la scoperta e la classificazione di forme di RP ad oggi sconosciute. Gli step successivi dovrebbero prevedere l’analisi genetica di pazienti affetti da tali forme orfane di RP, alla ricerca di varianti nei geni candidati precedentemente selezionati, al fine di stabilire nuove correlazioni genotipo – fenotipo. Infine, la “caratterizzazione molecolare” di tali pazienti potrà permettere future inclusioni degli stessi in trial clinici basati sulla terapia genica.
Retinitis pigmentosa; NGS; WGS; WES; RNA-Seq; eye; ncRNA; big data; bioinformatics; expression analysis
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