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BACKGROUND

La sindrome di Down (DS) è un’entità clinica riconosciuta da circa 150 anni (1), correlata 100 anni dopo alla trisomia 21 (2), rappresenta la più comune aneuploidia autosomica umana e anche la più comune causa di disabilità intellettiva (3).

L’alto grado di variabilità del fenotipo è la caratteristica del quadro clinico della DS, non tutti i pazienti hanno gli stessi problemi o condizioni associate.

L’incidenza della sindrome di Down va da 1 su 650 a 1 su 1000 nati vivi a seconda della popolazione (4).

Progresso genetico

La base genetica della DS è la trisomia 21: la presenza nel genoma di tre cromosomi 21 invece di due, come è normale. Il cromosoma 21 è il più piccolo cromosoma umano e contiene da 200 a 300 geni. L’analisi del cromosoma ha rivelato 127 geni noti, 98 geni predetti e 59 pseudogeni (5).

I pazienti con sindrome di Down hanno un aumento del dosaggio o del numero di copie dei geni sul cromosoma 21. I geni coinvolti sono normali e anche i loro prodotti genici sono normali. L’anomalia genetica comporta la produzione di quantità aumentate di prodotti dei geni sul cromosoma 21 che sono stati sovraespressi nelle cellule e nei tessuti dei pazienti DS, mostrando anomalie fenotipiche (6). Poiché la metà dei pazienti con DS ha un cuore normale, questo aspetto suggerisce che i modificatori genetici interagiscono con i geni sensibili al dosaggio sul cromosoma 21 per provocare una cardiopatia congenita (CHD) (7).

Trisomia per elementi funzionali del DNA non codificanti le proteine potrebbe essere coinvolto in alcuni dei fenotipi anomali.

Possibilità diagnostiche

Test prenatali

Per le gravidanze, l’alto rischio di DS viene valutato analizzando il campione fetale dopo il prelievo invasivo dei villi coriali (CVS) e l’amniocentesi, e applicando tecniche di laboratorio come l’analisi citogenetica convenzionale (cariotipo), Ibridazione in situ a fluorescenza (FISH), reazione a catena della polimerasi a fluorescenza quantitativa (QF-PCR), Multiplex Ligation Probe Assay (MLPA) e array Comparative Genomic Hybridization (CGH), che sono tecniche comuni utilizzate per la diagnosi prenatale di DS e ciascuna di esse presenta vantaggi e svantaggi. Esiste anche una tecnica non invasiva per la rilevazione della trisomia 21 tramite la tecnologia Next Generation Sequencing (NGS), conosciuta come Non Invasive Prenatal Diagnosis (NIPD). Il processo si basa sull’analisi del DNA fetale senza cellule estratto da campioni di plasma materno.

Test postnatali

Il cariotipo convenzionale da sangue periferico viene eseguito per confermare la diagnosi per tutti i pazienti sospettati di sindrome di Down.

Citogenetica

La sindrome di Down è causata dalla trisomia del cromosoma 21. Principalmente ci sono tre forme citogenetiche di DS:

1. Trisomia 21 libera consiste in un cromosoma 21 supplementare in tutte le cellule (8).

2. Trisomia 21 mosaica significa che ci sono due linee cellulari, una con il numero normale di cromosomi e un’altra con un numero extra di cromosomi 21 (9). Il meccanismo di comparsa consiste in un errore di divisione dopo la fecondazione durante la divisione cellulare.

3. Traslocazione Robertsoniana La trisomia 21 si verifica solo nel 2-4% dei casi (10). Il braccio lungo del cromosoma 21 è attaccato ad un altro cromosoma, generalmente un acrosoma, principalmente il cromosoma 14 (11).

Circa il 90% della trisomia 21 libera è dovuta ad un errore meiotico materno (13, 14) e solo una piccola frazione è dovuta ad errori paterni (15).

La trisomia 21 mosaica si verifica postzigoticamente a causa di una malsegregazione degli omologhi o di un ritardo in anafase (16).

Trisomia 21 da traslocazione robertsoniana. Ci sono due forme di traslocazione Robertsoniana DS: familiare e de novo. Nel caso della forma familiare, un genitore è portatore di una traslocazione e questo può trasmettere tale traslocazione in forma sbilanciata al bambino, mentre per i casi de novo, i genitori hanno un cariotipo normale e il cromosoma anomalo si verifica come un evento spontaneo nella meiosi I materna da una traslocazione cromatidica (17).

4. Altre forme di trisomia 21

a) Un riarrangiamento terminale del cromosoma 21 intorno alla regione telomerica (18), il cromosoma finale ha due centromeri e satelliti su entrambe le estremità.

b) Come componente di una doppia aneuploidia (per esempio, 48,XYY,+21 o 46,X,+21) (19, 20).

Aspetti molecolari

Per comprendere la DS è fondamentale conoscere il contenuto genomico del cromosoma 21 e capire come l’espressione di questi geni è alterata dal cromosoma 21 supplementare. Molti studi sono stati eseguiti per identificare una correlazione tra genotipo e fenotipo nella DS.

La duplicazione di una regione specifica del cromosoma 21 potrebbe essere responsabile delle caratteristiche principali della DS. È stata suggerita una regione critica (21), cioè la Down Syndrome Critical Region (DSCR), che è stata definita con un confine prossimale tra i marcatori D21S17 (35 892 kb) e D21S55 (38 012 kb) e un confine distale a MX1 (41 720 kb) (22). Studi molecolari su individui rari con CHD e duplicazioni parziali del cromosoma 21 hanno stabilito il gene candidato DSCAM, che è stato espresso nel cuore durante lo sviluppo cardiaco (23). Usando la tecnica di ibridazione genomica comparativa array per analizzare pazienti con anomalie del cromosoma 21, trisomia 21 parziale e monosomia 21 parziale, i risultati hanno suggerito che c’erano più regioni responsabili di tutti gli aspetti del fenotipo della sindrome di Down (24). La mappatura dei fenotipi a regioni specifiche del cromosoma 21 permette di identificare quali geni (o piccole regioni) contribuiscono alle caratteristiche fenotipiche della DS, e quindi di comprendere la patogenesi della DS (24).

La ricerca di base sulla DS sta ora accelerando rapidamente, utilizzando nuove tecnologie genomiche. Sono necessari ulteriori studi per ridurre le regioni candidate per certi fenotipi.

Consulenza genetica nella sindrome di Down

L’indagine citogenetica di tutti gli individui con sospetto di DS è molto importante per stabilire una diagnosi precisa ed è obbligatoria per determinare il rischio di ricorrenza della sindrome nelle generazioni future.

La trisomia 21 libera si verifica tipicamente come evento sporadico e le ricorrenze sono rare. Quando esiste una recidiva, le ipotesi sono: mosaicismo gonadico, una predisposizione dei genitori alla non disgiunzione, l’effetto di fattori endogeni e di esposizioni ambientali e anche il caso (8).

Trisomia 21 mosaica. Sono stati descritti due diversi meccanismi per la formazione del mosaicismo: uno è un errore mitotico in uno zigote normale ed euploide che porta ad un embrione mosaico con cariotipo 46/47,+21, la linea cellulare 45,-21 non essendo vitale, e l’altro è una non disgiunzione nella gametogenesi dei genitori seguita da una precoce malsegregazione postzigotica del cromosoma 21 (“tri – somy rescue”). Una parte significativa dei genitori mosaici era stata concepita come trisomica (25, 26).

Trisomia 21 da traslocazione robertsoniana

Si raccomanda sempre un’analisi del cariotipo di entrambi i genitori se un caso con DS è dovuto ad una traslocazione. Le traslocazioni robertsoniane comportano rischi riproduttivi che dipendono dai cromosomi coinvolti e dal sesso del portatore della famiglia. Se nessuno dei due genitori è portatore di una traslocazione robertsoniana, il rischio di ricorrenza della DS è basso, simile a quello della trisomia 21 libera. È stato stabilito che l’ età materna avanzata è un fattore di rischio associato alla DS (27).

Lo screening del primo trimestre di gravidanza mediante una combinazione di ecografia fetale (translucenza nucale) e screening prenatale materno biochimico su siero (gonadotropina corionica umana libera-β e proteina A plasmatica associata alla gravidanza) può identificare circa il 90% dei feti con trisomia 21 e altre aneuploidie maggiori per una percentuale di falsi positivi del 5% (28).

La valutazione della translucenza nucale fetale (NT) combinata con lo screening delle malattie cardiache congenite può predire molti difetti cardiaci importanti nel primo trimestre (29).

Malattie cardiache congenite e sindrome di Down

Informazioni generali

Il primo rapporto su un’associazione tra DS e malformazione cardiaca fu nel 1894 (30) e la prima correlazione tra difetti del setto atrioventricolare (AVSD) e DS è stata suggerita quasi 25 anni dopo (31).

Circa la metà dei pazienti con DS hanno CHD (32, 33), una delle principali cause di morbilità e mortalità (34), e lo spettro del modello CHD varia ampiamente, comprendendo qualsiasi anomalia strutturale nel cuore e nei grandi vasi. I difetti del setto atrioventricolare sono i difetti più comuni trovati. Circa la metà degli AVSD si verifica in pazienti con DS (35). Sebbene la trisomia 21 sia un fattore di rischio per CHD, non è un requisito sufficiente (circa il 40-60% delle persone con trisomia 21 non hanno CHD), quindi è importante identificare i geni di suscettibilità.

Embriologia

I difetti del setto atrioventricolare rappresentano uno spettro di malformazioni cardiache che include tre sottotipi: AVSD incompleto, AVSD transitorio e AVSD completo (36, 37). Gli AVSD incompleti sono caratterizzati dalla presenza di anelli mitralici e tricuspidali distinti, o orifizi valvolari destro e sinistro. Nelle AVSD transitorie, la fusione dei foglietti bridging anteriori e posteriori si traduce in un unico anulus valvolare. Gli AVSD completi sono caratterizzati dalla presenza di un singolo orifizio valvolare AV comune (36, 37). Gli AVSD completi possono anche essere classificati secondo il sistema di classificazione di Rastelli, che si basa sulla morfologia, sul grado di bridging e sugli attacchi cordali del foglietto superiore (38).

Questi difetti nascono da uno sviluppo anomalo dei cuscinetti endocardici, dando origine a AVSD parziali, intermedi o completi. La formazione del setto inizia alla fine della quarta settimana di vita fetale, quando i cuscini endocardici atrioventricolari appaiono ai confini superiore e inferiore del canale atrioventricolare. Inoltre, i due cuscini atrioventricolari laterali appaiono sui bordi destro e sinistro del canale. È un difetto nella fusione dei cuscini superiori e inferiori che provoca un canale atrioventricolare persistente e quindi un AVSD (39).

La comprensione dei geni responsabili delle fasi distinte della morfogenesi cardiaca è necessaria potrebbe aiutare a definire meglio tutti questi aspetti del quadro embriologico.

Epidemiologia

Ci sono importanti differenze tra regioni geografiche. Nei paesi dell’Europa occidentale e negli Stati Uniti, il difetto del cuscino endocardico (43%), che risulta nel difetto del canale AVSD/AV, era la principale anomalia cardiaca, seguita dal difetto del setto ventricolare (VSD) (32%), dal difetto del setto atriale secundum (10%), dalla tetralogia di Fallot (6%) e dal patent ductus arteriousus (PDA) isolato (4%) (32, 40). In Asia, il VSD isolato è stato segnalato come il difetto cardiaco più comune (40%) (41, 42). Uno studio dalla Corea ha mostrato che il difetto del setto atriale era il difetto più comune che rappresentava il 30,5% dei DS, seguito dal difetto del setto ventricolare (19,3%), dal dotto arterioso pervio (17,5%) e dal difetto del setto atrioventricolare (9,4%) (43). Il tipo secundum di ASD era la lesione cardiaca più comune in America Latina (44, 45). In Libia, la lesione cardiaca isolata più comune era il difetto del setto atriale (ASD), trovato nel 23% dei pazienti (46).

Genetica

La comparsa di CHD o il tipo di difetto ha poca correlazione con l’anomalia del cromosoma 21 stesso. Tre copie del cromosoma 21 aumentano il rischio di CHD, ma la trisomia 21 non è sufficiente a causare CHD. Variazioni genetiche aggiuntive e/o fattori ambientali potrebbero contribuire al rischio di CHD (47). Sono stati identificati anche geni candidati non appartenenti al cromosoma 21 per la suscettibilità a diverse CHD e in particolare all’AVSD (non correlata alla DS) (48). I difetti del setto atrioventricolare e il gene CRELD1 sono stati associati nel contesto della DS, le mutazioni in questo gene contribuiscono alla patogenesi della AVSD (49). I difetti del setto atrioventricolare (AVSD) si presentano come difetti clinici di diverse sindromi, difetti autosomici dominanti e malformazioni sporadiche (50). Inoltre, mutazioni del gene GATA4 sono state trovate in famiglie con malformazioni cardiache che includevano AVSD (51).

Un altro studio tra gli individui con DS e AVSD completo ha identificato varianti potenzialmente dannose in sei geni: COL6A1, COL6A2, CRELD1 (già noto), FBLN, FRZB, GATA5 coinvolti nel percorso VGFA (52).

I prossimi studi di sviluppo e le nuove tecnologie identificheranno l’esatta modalità di azione stabilendo il legame tra la variabilità del genoma e la variabilità fenotipica

Riconoscimenti: L’autore desidera ringraziare il team del Dipartimento di Genetica di Alessandrescu-Rusescu INSMC Bucarest per il loro continuo supporto come assistenza al laboratorio di citogenetica e per la fornitura di immagini del cariogramma.

Conflitti di interesse: nessuno dichiarato