Il Registro Nazionale Italiano per la Distrofia Muscolare Facioscapolo-omerale: uno strumento per la diagnosi e la prognosi avanzate nelle malattie neuromuscolari

Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is the third most common muscular myopathy with a prevalence of 1 in 20,000. So far, FSHD is considered an autosomal dominant disease with incomplete penetrance. The classic FSHD phenotype is characterized by onset in the first or second decade of life with progressive facial, shoulder girdle, and pectoral muscle weakness and atrophy, often asymmetric. The disease has been associated (95%) with reduced number (≤10 units) of tandem repeats (D4Z4) in the subtelomeric region of chromosome 4q35. However, genotype–phenotype studies have shown that D4Z4 alleles with 4-10 repeat units are also present in 3-5% of general healthy population. Moreover, a 5-10% of patients with FSHD carry D4Z4 alleles within the range of the general population (≥11 RU) and represent a second form of disease, called FSHD2. From 1992 to the present, numerous evidences have accumulated indicating that FSHD is not transmitted as a simple Mendelian trait, but must be considered a complex disease to whose development numerous factors contribute. From 2007 to 2020, the Miogen laboratory of the University of Modena and Reggio Emilia has collected 7550 subjects in the Italian National Register for FSHD (INRF) of 5965 molecularly diagnosed families and 1585 single cases. Thanks to the Italian Clinical Network for FSHD, it was possible to collect standardized clinical information using the Comprehensive Clinical Evaluation Form (CCEF), from 2013 with prototype and from 2016 with actual version. It is a tool designed to describe the clinical heterogeneity of FSHD: in fact, the diagnosis and genetic counseling are further complicated by a variable phenotypic spectrum observed in subjects carrying the molecular defect, which can express with extremely different characteristics. Based on these premises, we analyzed the families collected from 1993 to 2020, to obtain an epidemiological context of the phenotypic spectrum. Our analysis re-evaluated penetrance and highlighted clinical differences between carriers of the D4Z4 small-sized alleles (DRA) and their families. In particular, we investigated family trios composed by the affected subject and its healthy parents in order to identify alternative genetic mechanisms by exploiting the WGS/WES technology. Moreover, we examine criteria for the preimplantation genetic diagnosis (PGD), testing feasibility use of microsatellite D4S1523 and two VNTR (D4S139 and D4S163), proximal to D4Z4, studying recombination in the segregation of three generations families with phase. These observations have the power to uncover additional factors involved in the risk of developing FSHD and to clarify the role of the reduction of D4Z4 elements in the 4q35 locus in the different myopathic phenotypes. Our work demonstrates the value of centralizing molecular and clinical diagnosis of rare disease and aims at the reconsideration of criteria for the diagnosis of the FSHD. This work represents the implementation of precision medicine, which by integrating clinical and genetic elements can create a phenotypic ontology that could distinguish a patient from others with similar Mendelian conditions and lay the basis for personalized treatments.

La distrofia muscolare Facioscapolo-omerale (FSHD) è la terza miopatia muscolare più comune con una prevalenza di 1 su 20.000. Finora la FSHD è stata considerata una malattia autosomica dominante, con penetranza incompleta. Il fenotipo classico della FSHD è caratterizzato dall'esordio nella prima o seconda decade di vita, progressiva debolezza e atrofia dei muscoli facciali, del cingolo scapolare e pettorale, spesso con asimmetria. La malattia è associata (95%) ad un numero ridotto (≤10 Unità) di ripetizioni in tandem (D4Z4) nella regione subtelomerica del cromosoma 4q35. Tuttavia, studi genotipo-fenotipo hanno dimostrato che gli alleli D4Z4 con 4-10 unità ripetute sono presenti anche nel 3-5% della popolazione sana. Inoltre, il 5-10% dei pazienti con FSHD è portatore di alleli D4Z4 nel range della popolazione generale (≥11 RU) e rappresenta una seconda forma di malattia, chiamata FSHD2. Dal 1992 ad oggi abbiamo numerose evidenze che indicano che la FSHD non si trasmette come un semplice tratto mendeliano, ma deve essere considerata una malattia complessa al cui sviluppo contribuiscono numerosi fattori. Dal 2007 al 2020, il laboratorio Miogen dell'Università di Modena e Reggio Emilia ha raccolto nel Registro Nazionale Italiano per FSHD (INRF) 7550 soggetti, di cui 5965 famiglie e 1585 casi singoli. Grazie al Network clinico Italiano per la FSHD, è stato possibile raccogliere informazioni cliniche standardizzate utilizzando la scheda di valutazione CCEF (Comprehensive Clinical Evaluation Form), il cui prototipo è stato redatto nel 2013 e dal 2016 è utilizzata la versione attuale. Si tratta di uno strumento pensato per descrivere l'eterogeneità clinica della FSHD: infatti la diagnosi e la consulenza genetica sono ulteriormente complicate da uno spettro fenotipico variabile, osservato nei soggetti portatori del difetto molecolare, che può esprimersi con caratteristiche estremamente diverse. Sulla base di queste premesse, abbiamo analizzato le famiglie raccolte dal 1993 al 2020 per ottenere un contesto epidemiologico dello spettro fenotipico. Abbiamo rivalutato la penetranza ed evidenziato differenze cliniche tra i portatori degli alleli corti in D4Z4 (DRA) e nelle loro famiglie. Sfruttando la tecnologia WGS/WES abbiamo studiato trii familiari, composti da soggetto affetto e dai rispettivi genitori sani, al fine di identificare meccanismi genetici alternativi. Inoltre abbiamo testato la fattibilità dell'uso del microsatellite D4S1523 e due VNTR (D4S139 e D4S163), prossimali a D4Z4, per la diagnosi genetica preimpianto (PGD), studiando la ricombinazione nella segregazione di famiglie da tre generazioni. Questo studio ci da la possibilità di scoprire ulteriori fattori coinvolti nel rischio di sviluppare la FSHD e di chiarire il ruolo della riduzione degli elementi ripetuti D4Z4 nel locus 4q35 nei diversi fenotipi miopatici. Il nostro lavoro vuole dimostrare il valore della della diagnosi molecolare e clinica centralizzata nelle malattie rare e riconsiderare i criteri per la diagnosi della FSHD. Questo lavoro rappresenta l'implementazione della medicina di precisione, che integrando elementi clinici e genetici può creare un'ontologia fenotipica in grado di distinguere un paziente da altri, con condizioni mendeliane simili, e gettare le basi per trattamenti personalizzati.