46,XX 46,XY 2

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1 Aneuploidie 1

2 46,XX 46,XY 2

3 Aneuploidia E il risultato dell aggiunta di copie di un cromosoma alla coppia normale di omologhi (es. trisomia) o della perdita di un cromosoma omologo (monosomia). Le cause possono essere: Non-disgiunzione - I cromosomi appaiati, durante la meiosi I, o i cromatidi fratelli, durante la meiosi II, non sono in grado di separarsi. Ritardo anafasico - Un cromosoma non viene incorporato nel nucleo di una delle cellule figlie al termine della divisione cellulare a seguito della sua ritardata migrazione durante l anafase. 3

4 Non-disgiunzione 4

5 Ritardo anafasico 5

6 Mosaicismo Presenza di due o più linee genetiche nello stesso organismo che originano dallo stesso zigote. Mosaicismi aneuploidi difetti di non disgiunzione mitotica in fasi embrionali precoci. 6

7 Aneuploidie degli autosomi Nullisomia (perdita di un coppia di omologhi) e monosomia (perdita di un cromosoma) sono letali. La trisomia è in genere letale, eccetto che per: Trisomia del 21 (sindrome di Down; 1:750) sopravvivenza fino ai 40 anni o più. Trisomia del 18 (sindrome di Edwards; 1:7.000) può giungere a termine. Trisomia del 13 (sindrome di Patau; 1:10.000) può giungere a termine. 7

8 Homo sapiens CCDS Release 20 May 2,

9 Incidenza dei singoli cromosomi nelle trisomie in aborti spontanei Genetics in Medicine (2005) 7,

10 Obliquità verso l alto delle rime palpebrali ed epicanto Viso tondeggiante e schiacciato (brachicefalia) con naso piccolo e narici antiverse Lingua grossa e tendente alla protrusione Padiglioni auricolari piccoli e corti 10

11 Sindrome di Down Trisomia 21(47,XX o XY,+21) E causa di circa il 25% delle forme di ritardo mentale in età scolare. I segni clinici e fenotipici sono evidenti alla nascita. Frequenza media di 1:750 nati vivi, anche se il numero dei concepimenti è superiore (2/3 aborti spontanei, 20% nati morti). Origine dell extra cromosoma 21: ~ 93% non-disgiunzione meiotica (materna). ~ 3% mosaicismo (non-disgiunzione mitotica in uno zigote). ~ 4% extra cromosoma è trasmesso da un genitore con una traslocazione che coinvolge il cromosoma

12 Origine dell extra cromosoma 21 PM2; 4,1% MIT; 5,5% PM1; 2,5% MM2; 19,8% MM1; 68,0% 12

13 Età materna e rischio riproduttivo Età Rischio di S. di Rischio di un altra materna Down anomalia cromosomica* 20 1/1667 1/ /1429 1/ /1250 1/ /1176 1/ /1053 1/ /952 1/ /769 1/ /500 1/ /385 1/ /294 1/ /227 1/ /175 1/ /137 1/ /106 1/ /82 1/ /64 1/ /50 1/ /38 1/ /30 1/ /23 1/ /18 1/ /14 1/ /11 1/8 *47,XXX esclusa per le età da 20 a 32 (dati non disponibili). Hook EB, Obstetrics and Gynecology 58:282285, Hook EB et al., Journal of the American Medical Association 249: ,

14 Anomalie cromosomiche riscontrate

15 Fusione centrica (Robertsoniana) Nell uomo, la traslocazione robertsoniana coinvolge due dei 5 cromosomi acrocentrici (13, 14, 15, 21 e 22) 15

16 45,XX,rob(14;21)(q10;q10) 16

17 17

18 Frequenza ed effetto delle traslocazioni robertsoniane 18

19 Fenotipo Down Ritardo mentale 100% Alzheimer (dopo i 35 anni) 100% Ipotonia muscolare 100% Bassa statura 70% Brachicefalia 75% Epicanto 60% Brushfield spots iride 55% Lingua protrudente 45% Orecchie displastiche 50% Arti corti, mani larghe 65% Mignolo corto 60% Solco palmare trasverso 60% Difetti cardiaci congeniti 40% Canale atrioventricolare 16% Atresia/stenosi duodenale 250x Ano imperforato 50x Malattia di Hirschsprung 300x Leucemia acuta megacariocitica 300x Leucemia (ALL e AML) 10-20x

20 Ipotesi sulla variabilità del fenotipo 20

21 Alzheimer e Sindrome di Down Wang X. et al - Cell Reports

22 Trisomia 18 (47,XX o XY,+18) Sindrome di Edwards Frequenza di 1:7000 nati vivi. Alla nascita i soggetti con trisomia 18 evidenziano: grave ritardo di accrescimento bacino piccolo e mano chiusa con caratteristica contrattura delle dita. Sono comuni malformazioni del SNC, cardiopatie congenite, anomalie intestinali, renali e scheletriche. Sopravvivenza media: gg 24 h 60-75% Una settimana 40-60% Un mese 22-44% Sei mesi 9-18% Un anno 5-10% Il 95% degli zigoti con trisomia 18 va incontro ad aborto spontaneo. Come per la sindrome di Down esiste una relazione tra questa aneuploidia e l età materna. 22

23 Trisomia 13 (47,XX o XY, +13) Sindrome di Patau Frequenza di circa 1: Segni clinici caratteristici sono: Schisi facciale e/o della cavita orale. Microftalmia. Polidattilia Comuni sono le anomalie di SNC, cuore, reni, intestino e genitali. Attese di vita sono ridottissime come nella trisomia 18. Nel 95% dei zigoti si ha aborto spontaneo. In un 20% dei pazienti l aneuploidia è trasmessa da un genitore eterozigote per una traslocazione che coinvolge il cromosoma

24 Sindrome di Warkany Trisomia 8 (mosaico) Frequenza di 1/30000 nati vivi con prevalenza dei maschi sulle femmine (rapporto M/F = 5/1). Nella maggior parte dei soggetti l anomalia cromosomica è presente a mosaico (nel tempo si può verificare una riduzione delle cellule trisomiche). Il quadro clinico è variabile. Possono essere presenti: Ritardo mentale di grado lieve/moderato (QI = 45-75) Dismorfismo faciale (fronte prominente, ipertelorismo, strabismo, labbro inferiore rigonfio e pendente, alterazioni dei padiglioni auricolari). Alterazioni degli arti (limitazioni dei movimenti, contratture delle dita solchi palmari profondi in mani e piedi). Malformazioni genitourinarie (50%). Anomalie cerebrali. Difetti cardiovascolari. 24

25 Aneuploidie dei cromosomi sessuali Condizioni tipo XXX, XXY, XYY creano minori problemi e danno una buona aspettativa di vita. La sindrome di Turner (45,X0) è l unica monosomia osservabile (99% di aborti spontanei). La condizione 45,Y è sempre letale. Si osservano: Sindrome di Klinefelter (47,XXY) 1:500-1:1.000 maschi Sindrome XYY (47,XYY) 1:1.000 maschi Sindrome della tripla X (47,XXX) 1:1.000 femmine Monosomia X o S. di Turner (45,X0)1:2.500 femmine 25

26 XX o XY Nelle femmine uno dei due cromosomi X è inattivato casualmente in ciascuna cellula allo stadio di blastocisti Barr body

27 Le regioni PAR sui cromosomi sessuali I geni nelle regioni PAR dei cromosomi non sono inattivati. PAR1 ha 24 geni, PAR2 ha solo 4 geni.

28 Sindrome di Turner (H. Turner 1938) Monosomia X (45,X0) È l unica monosomia compatibile con la vita Errore nella spermatogenesi in ~ 80% dei casi Non correla con l età dei genitori Elevata abortività (~ 99% dei feti monosomici) Frequenza ~ 7-10% degli aborti; 1:2500 femmine alla nascita Non è chiaro perché il cariotipo 45, X0 sia letale in utero ed invece compatibile con la sopravvivenza postnatale. Vera monosomia del cromosoma X in ~ 45% dei casi TS; gli altri hanno mosaicismo (45, X0/46, XX) e/o un anormale cromosoma X o Y. Un basso livello di mosaicismo somatico Turner (< 2%) è di normale riscontro nella popolazione.

29 Sindrome di Turner (H. Turner 1938) Monosomia X (45,X0) La menopausa precede il menarca Le ovaie sono allungate e formate da tessuto stromale privo di follicoli Oociti spesso in apoptosi prima dei 2 anni di vita L insufficienza ovarica prepuberale causa: Amenorrea primaria Sterilità Carenza di estrogeni In meno del 10% dei casi, la pubertà può verificarsi e sono possibili gravidanze con aumentato rischio di perdita fetale. Fenotipo molto variabile con bassa statura

30 Sindrome di Turner (H. Turner 1938) Monosomia X (45,X0) Patologie dell orecchio medio (otite media ricorrente) Linfedema con rigonfiamento delle mani e dei piedi. Pterigio del collo (presenza di pliche cutanee con aspetto di sfinge) Quarto metacarpo (anulare) più corto Mandibola più piccola (micrognazia) Torace largo con aumento degli spazi intercostali Attaccatura bassa delle orecchie e dei capelli Cardiopatia sinistra (valvola aortica dicuspide, coartazione aortica) Ipertensione Anomalie renali

31 Sindrome di Klinefelter (47,XXY) Non-disgiunzione (50% paterna). Frequenza alla nascita di ~1:1000 maschi. Non sempre diagnosticata, talora in età adulta, nel corso di indagini finalizzate all identificazione delle cause della sterilità di coppia. I pazienti presentano: Ipogonadismo Costante azoospermia Caratteri sessuali secondari poco sviluppati Ginecomastia (55-85%) L incremento in altezza è significativo tra i 5 e 8 anni (altezza finale 179 ± 6.2 cm.) Non si associa disabilità intellettiva (QI in media leggermente più basso). In un 15% si può osservare mosaicismo (XY/XXY). 31

32 Il gene SHOX (Short stature HOmeoboX-containing) Mutazioni o delezioni del gene SHOX nella regione PAR1 causano ritardo di crescita e bassa statura. La bassa statura nella sindrome di Turner Syndrome (X0) è il risultato di una sola copia di SHOX La maggiore statura nel Klinefelter (XXY) e nella tripla X (XXX) potrebbe essere il risultato di 3 copie di SHOX

33 Altre forme 48,XXYY (1:17.000) 48,XXXY (1:50.000) 49,XXXXY (1: ). Maschi 46,XX con traslocazione di parte del cromosoma Y, che include la sex determining region (SRY), sul cromosoma X. Mosaicismo

34 Altre Aneuploidie degli Eterocromosomi Femmina XXX (47,XXX) Frequenza alla nascita ~1:1000 femmine. Fenotipo normale, occasionalmente associato a: sterilità irregolarità del ciclo mestruale Alta statura (>75 percentile) riduzione di circa punti del quoziente intellettivo. 34

35 Altre Aneuploidie degli Eterocromosomi Maschio XYY (47,XYY) Frequenza alla nascita ~1:1000 maschi. Non si associa ad un quadro clinico riconoscibile. I soggetti tendono ad essere più alti QI mediamente punti inferiore alla media. La fertilità è di solito normale. L aneuploidia origina da una nondisgiunzione nella spermatogenesi o nella prima divisione post-mitotica. 35

36 Screening prenatale delle aneuploidie Dati ecografici (TN; altri segni ecografici), combinati con test biochimici su siero materno ed età materna, forniscono una previsione di rischio. Analiti dosabili nel siero materno: a-fetoproteina (a-fp) ( S. Down) Gonadotropina corionica (hcg) ( S. Down) Gonadotropina corionica, subunità b (b-hcg) ( S. Down) Estriolo non coniugato (ue3) ( S. Down) Inibina A ( S. Down) Plasma proteina A associata alla gravidanza (PAPP-A) ( S. Down) L interpretazione dei valori ottenuti è strettamente dipendente da una precisa valutazione dell età gestazionale. 36

37 Screening prenatale delle aneuploidie Test Parameters GA (W) Detection rate NT NT % 1 st Trimester NT, free bhcg, PAPP-A % 2 nd Trimester AFP, HCG, ue % Quadritest AFP, HCG, ue3, Inhibin-A % Integrated 1+2 Trimester 10-14/ % Condition AFP ue3 Total hcg Neural tube defect (NTD)* Increased Normal Normal Trisomy 21 Low Low Increased Trisomy 18 Low Low Low Multiple gestation Increased Normal Increased Fetal death (stillbirth) Increased Low Low *NTD: anencefalia, spina bifida and encefalocele. 5% di falsi positivi 37

38 NIPT (Non-invasive Prenatal Test) Analizza la frazione fetale del cell-free DNA presente nel sangue materno (cffdna) 37 w 10 w Frammenti di ~ bp NIPT (test commerciali disponibili dal 2011) consente di quantificare la frazione fetale del cfdna. 4% 10% 90% 0% 50% 100% Maternal cfdna 96% Non invasivo (prelievo di sangue materno) Eseguibile dalla 10 a settimana Fetal cfdna Next Generation Sequencig (NGS) Aneuplodie 13,18 21, cromosomi sessuali 38

39 NIPT (Non-invasive Prenatal Test) Genome-Wide MPS SNP analysis (targeted MPS) Targeted MPS Gil MM et al. Ultrasound Obstet Gynecol Mar;45(3):

40 Test Invasivo Cariotipo fetale da villi coriali (10 a -12 a sett.) Cariotipo fetale da cellule di liquido amniotico (15 a -17 a sett.) Cariotipo da sangue (dalla 19 a sett.) 40

41 41

42 Cromosoma marker (Extra Structurally Abnormal Chromosome) Sono costituiti da frammenti cromosomici la cui origine non può essere determinata con tecniche di citogenetica convenzionale. Si osservano in ~ 0.043% dei nati vivi e in ~ 0.075% dei casi in prenatale. Prevalenza aumentata di circa 7 volte in pazienti con disabilità intellettiva. 77% de novo, 23% familiari (16% materni; 7% paterni). Circa il 70% sono formati dai bracci corti e dalle regioni pericentromeriche dei cromosomi acrocentrici (in particolare chr15). Rari i cromosomi markers derivati da autosomi non acrocentici (spesso piccoli cromosomi ad anello). 42

43 Identificazione L identificazione dell origine del cromosoma marker è in genere il risultato dell uso combinato del cariotipo (bandeggio G, C, NOR) di FISH e array-cgh. GABR3 sonda per PWS/AS 15q11-q13 PTRA25 sonda centromerica chr15 43

44 Principali condizioni associate a cromosomi marker SMC Caratteristiche cliniche 12 Profondo ritardo mentale, crisi epilettiche, ipotonia, anomalie della pigmentazione, capelli e sopracciglia radi, lineamenti grossolani, tra cui fronte alta e prominente, orecchie malformate, macrostomia, naso largo, e ipertelorismo (Pallister-Killian syndrome) 15 Ritardo mentale e dello sviluppo, sviluppo anomalo del linguaggio. Disturbi comportamentali, convulsioni, ipotonia, e strabismo. Sindrome di Prader-Willi o di Angelman e assenza di segni clinici in alcuni casi. 18 Basso peso alla nascita, ritardo mentale da moderato a grave, ipotonia neonatale con successiva spasticità degli arti, bassa statura, disturbi convulsivi, microcefalia e facies caratteristica 22 Coloboma dell'iride/retina, atresia anale, fistole preauricolari, palatoschisi, difetti cardiaci, difetti urogenitali, malformazioni renali, ritardo mentale da lieve a moderato, dismorfismi (Cateye syndrome) 44

45 Pallister-Killiam syndrome tetrasomia 12p da i(12p) Sindrome rara con anomalie congenite multiple e ritardo mentale (circa 1/25.000). Ritardo mentale profondo Crisi epilettiche e ipotonia Alterazioni della pigmentazione della pelle Capelli e sopracciglia radi Lineamenti "grossolani", con fronte alta e ampia, orecchie malformate, macrostomia, un naso largo, ed ipertelorismo I pazienti con la PKS hanno un mosaicismo per un isocromosoma 12p soprannumerario, risultante in quattro copie del braccio corto del cromosoma 12. Il mosaicismo è limitato ad alcune cellule/tessuti: fibroblasti della cute, cellule del midollo osseo, raramente nei linfociti. Le caratteristiche cliniche (dimorfismi del volto e malformazioni) peggiorano con l'età. Alcuni pazienti con bassi livelli di mosaicismo presentano un quadro clinico meno grave. 45

46 Cromosoma marker inv dup(15) Inv dup (15) sono stati associati a ritardo mentale, sindrome di Prader-Willi (PWS), sindrome di Angelman (AS), infertilità e normale sviluppo. In genere si distingue un inv dup(15) piccolo o grande, a seconda se contiene o meno la regione PWS/AS regione. I pazienti trisomici o tetrasomici per questa regione critica hanno un quadro clinico più severo: Ritardo mentale e dello sviluppo Sviluppo anomalo del linguaggio Disturbi comportamentali Convulsioni Ipotonia Strabismo Tali problematiche cliniche si presentano quando l isocromosoma è di origine materna e possono essere assenti se di origine paterna (regione imprinted)

47 Tetrasomia 18p La tetrasomia 18p ha una prevalenza di 1: ed è caratterizzata da Deficit cognitivo (da modesto a grave) Ritardo di crescita prenatale e postnatale Ipotonia neonatale con successiva spasticità degli arti Bassa statura Disturbi convulsivi Microcefalia e facies caratteristica Malformazioni renali L'anomalia cromosomica consiste in un extra isocromosoma 18p,che deriva dalla duplicazione del braccio corto i(18p). Sono casi sporadici 47

48 Cat-eye syndrome E caratterizzata da due difetti congeniti principali: atresia anale e coloboma dell'iride. Il quadro clinico è estremamente variabile. Solo il 41% dei pazienti manifesta la triade caratteristica: anomalie anali, coloboma dell'iride e anomalie preauricolari (appendici cutanee e/o fistole). Possono essere presenti: Ipertelorismo con rime palpebrali rivolte verso il basso e l'esterno Cardiopatie congenite Palatoschisi Anomalie urinarie e scheletriche. Nel 32% dei casi è presente ritardo mentale di media gravità. La prevalenza della sindrome nella popolazione generale è 1/ Il cariotipo mostra un piccolo cromosoma soprannumerario derivato dalla porzione prossimale del cromosoma 22 (dicentrico e bisatellitato). 48

49 Cat-eye syndrome 3 weeks 8 months 49