• anomalie della sostanza grigia
• CNVs
• epilessia
• fossa cranica posteriore
• neuroinfiammazione
• neurosviluppo
• risonanza magnetica dell'encefalo
• sviluppo embriologico dell'encefalo

L’embriogenesi dell’encefalo umano è un processo complesso e dinamico che avviene nel corso delle prime settimane di gestazione e che coinvolge diversi stadi controllati da pathway multipli sia di signalling cellulare che molecolare. Alterazioni di detto processo sono alla base delle anomalie congenite dell’encefalo, che possono presentarsi in modo isolato o in associazione.
L’ortotopia dei neuroni, raggiunta attraverso la normale migrazione neuronale, e l’adeguata formazione di connessioni tra di essi, rappresentano un fattore critico per un adeguato funzionamento cognitivo, fortemente determinato dall’appropriata formazione dei circuiti cerebrali. E’ dunque significativo che oltre il 50% dei geni implicati nei disturbi del neurosviluppo codifichi per proteine localizzate nel compartimento pre- o post-sinaptico e che queste siano implicate nella funzione sinaptica attraverso la regolazione e la plasticità sinaptica.
Dal momento che sussiste un’etiologia genetica comune tra disturbi dello sviluppo intellettivo (IDD), disturbi dello spettro autistico (ASD), epilessia (EPI) e anomalie encefaliche, la loro coesistenza è molto frequente.
L’avanzamento delle tecniche di analisi molecolare e l’introduzione dell’array-CGH quale primo strumento diagnostico in soggetti con malformazioni congenite, specie se associate a IDD, ha consentito di rilevare nuove sindromi genomiche oltre che, in generale, Copy Number Variations (CNVs) patogenetiche o potenzialmente patogenetiche che potrebbero avere un ruolo molto più rilevante rispetto a quanto in precedenza ritenuto nell’etiologia delle malformazioni del Sistema Nervoso Centrale (SNC), soprattutto se isolate.
Sebbene la probabilità di riscontrare anomalie alla risonanza magnetica (RM) dell’encefalo sia maggiore in pazienti con disturbi del neurosviluppo rispetto ai controlli, anomalie di chiaro significato patogenetico si riscontrano solo in circa il 5% dei casi, mentre nella restante parte sono rilevate anomalie aspecifiche.
Scopo del presente lavoro è stato quello di rivalutare le CNVs riscontrate nel nostro campione di pazienti sottoposti ad array-CGH dal 2010 al 2016 presso l’IRCCS Stella Maris (1528 pazienti, di cui 993 con IDD e 535 senza IDD). Sono stati selezionati solo i pazienti che presentavano IDD in forma isolata (529) o associata a ASD (333) e-o a EPI (131); sulla base di tali caratteristiche cliniche il campione è stato suddiviso in quattro sottogruppi (IDD, IDD+ ASD, IDD+EPI, IDD+ASD+EPI).
604/993 hanno eseguito una RM dell’encefalo: 357 presentavano anomalie encefaliche mentre 247 avevano un neuroimaging normale. Le anomalie encefaliche individuate alla RM encefalo sono state suddivise in 8 gruppi:
1) Alterazione dimensionale e morfologica degli spazi liquorali (SL).
2) Anomalie del corpo calloso, della sella turcica e cisti ependimali o aracnoidee della fossa cranica anteriore e media (CS).
3) Anomalie della sostanza grigia, includenti anomala inversione degli ippocampi, anomalie di sulcazione-infolding, polimicrogiria, lissencefalie-pachigirie, eterotopie, displasie corticali (AG).
4) Anomalie della sostanza bianca (AB).
5) Anomalie della fossa cranica posteriore, includenti alterazioni del tronco (mesencefalo-ponte-bulbo), del cervelletto, della cisterna magna, del quarto ventricolo, malformazioni di Chiari e cisti aracnoidee ed ependimali della fossa cranica posteriore (FP).
6) Microcefalia (MI).
7) Macrocefalia (MA).
8) Amartie (AM).

Il 35% dei pazienti con IDD sono risultati positivi all’array e rispetto ai pazienti senza IDD vi era una differenza estremamente significativa per la positività all’array-CGH.
Il 61% dei pazienti con IDD è stato sottoposto a RM encefalo. Tra i pazienti con array positivo 127 presentavano anomalie encefaliche, mentre 67 presentavano un imaging normale. Nel gruppo dei pazienti con RM encefalo positiva, la percentuale di array positivi è risultata dunque significativamente più alta rispetto a quella del gruppo con RM encefalo negativa.
Indipendentemente dall’esito dell’array-CGH, l’assenza di malformazioni è più frequente nel sottogruppo IDD+ASD; la presenza di una singola malformazione è significativamente più frequente nel sottogruppo IDD+ASD rispetto ai sottogruppi IDD e IDD+EPI, la presenza di due malformazioni è risultata statisticamente più alta nel sottogruppo IDD+EPI, mentre la presenza di tre o più malformazioni sembra essere più frequente nei pazienti che hanno un quadro complesso di IDD+ASD+EPI.
Le CNVs rilevate all’array-CGH dei pazienti sottoposti a RM encefalo (229) sono state riclassificate in modo omogeneo e distinte in benigne, potenzialmente benigne, incerte, potenzialmente patogenetiche o patogenetiche per permettere di evidenziare il potenziale diagnostico dell’array-CGH, al fine di estrapolare i sottogruppi di pazienti per i quali il test si associa in una percentuale elevata dei casi ad un esito positivo.
Tra le 229 CNVs rilevate, 124 erano amplificazioni (54%) e 105 delezioni (46%), con le delezioni (del) significativamente più rappresentate nel gruppo delle CNVs patogenetiche o potenzialmente patogenetiche e le amplificazioni (amp) significativamente più rappresentate nel gruppo delle CNV incerte. Nel gruppo delle CNV benigne non c’è differenza significativa tra del e amp. Neanche la differenza tra i pazienti con RM encefalo positiva e negativa è risultata significativa rispetto ad amp/del.
Considerando singolarmente i vari gruppi di malformazioni precedentemente definiti, FP correlano con una più alta percentuale di positività all’array in modo statisticamente significativo rispetto alle altre anomalie cerebrali. Inoltre il gruppo FP è quello in cui la percentuale di CNVs patogenetiche o potenzialmente patogenetiche è risultata significativamente più alta.
Rispetto alla distribuzione dei vari tipi di malformazione nei quattro sottogruppi di pazienti, si segnala che AG è l’unica anomalia che ricorre in maniera estremamente significativa, in particolare nel sottogruppo IDD+EPI.
Le anomalie della sostanza bianca sono risultate prevalenti nel sottogruppo IDD+ASD+EPI e la macrocefalia nel sottogruppo IDD+ASD. SL sono anomalie ricorrenti e spesso aspecifiche, mentre CS rientrano all’interno di quadri malformativi complessi quando causate da CNVs patogenetiche o potenzialmente patogenetiche.
I pazienti con IDD+ASD erano quelli che presentavano più frequentemente CNVs ereditate, con una differenza statisticamente significativa rispetto a IDD.
Volendo considerare l’impatto delle CNVs, rispetto al loro gradiente di patogenicità, sulle malformazioni encefaliche complessivamente rilevate nei soggetti in esame, si osserva che la percentuale di CNVs patogenetiche e potenzialmente patogenetiche aumenta all'aumentare del numero di malformazioni, mentre la percentuale di CNVs incerte diminuisce all'aumentare del numero di malformazioni, secondo una relazione lineare; la percentuale di CNVs benigne rimane invariata rispetto al numero di malformazioni.
Nella nostra casistica, il 70% delle CNVs patogenetiche si sovrapponeva a regioni critiche di sindromi da microdelezione/microduplicazione, tuttavia, in 5 pazienti i reperti di RM encefalo non corrispondevano a quanto descritto in letteratura rispetto a tali sindromi. Ciò potrebbe suggerire un risultato incidentale oppure l’ampliamento dello spettro fenotipico legato alla sindrome da microdelezione o microduplicazione. Tra di essi è stato descritto un paziente con una delezione terminale 3p26.3-p26.1 di circa 4,816 Mb e una duplicazione terminale 17p13.3 di circa 2,943 Mb, includente il gene LIS1, che presentava un quadro di polimicrogiria perisilviana bilaterale a sviluppo prevalentemente posteriore.
I nostri dati indicano dunque che l’array-CGH si conferma un test di primo livello con alto potere diagnostico nei disturbi del neurosviluppo (35% di array positivi e 16% di CNV patogenetiche o potenzialmente patogenetiche). L’analisi di microarray risulta particolarmente indicata nei pazienti con IDD isolata o sindromica, nei pazienti positivi alla RM e, in particolare, tra coloro che presentano un’anomalia della fossa cranica posteriore. La RM può dunque essere considerata un importante marker che può indirizzare verso alcune diagnosi genetiche, sia attraverso il rilievo di quadri specifici sia quale utile supporto all’analisi dei dati genetici, in quanto permette, come nello studio presentato, una più fine classificazione delle CNVs individuate. Peraltro, il riscontro di anomalie genetiche può a sua volta richiedere un approfondimento attraverso le neuroimmagini, dal momento che IDD in forma isolata o associata a ASD e/o EPI risultano, come emerge dai dati presentati, spesso in associazione con anomalie encefaliche.
L’analisi dei microsbilanciamenti è stata ampliata attraverso studi di arricchimento funzionale volti all’identificazione di cluster di geni che condividono un comune pathway e, reciprocamente, all’individuazione di processi biologici che condividono i medesimi geni. Tale studio ha confermato i moderni orientamenti della ricerca rispetto ai disturbi del neurosviluppo, evidenziando il ruolo determinato dalla neuroinfiammazione e dallo squilibrio eccitatorio-inibitorio nella loro patogenesi.