Gestione e analisi dei dati del Registro Nazionale Italiano per la distrofia muscolare facio-scapolo-omerale e tecniche avanzate per la predizione della malattia: un passo verso un approccio clinico su misura del paziente

The Italian National Registry for FSHD (INRF), collects data from patients suffering from Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy (FSHD) (MIM\#158900) a rare hereditary myopathy. A platform for data management, the MOMIS FSHD Web Platform, has made it possible to study and integrate information from different sources. Until 2020, INRF collected molecular data on 7485 subjects and identified 3396 individuals carrying a D4Z4 Reduced Allele (DRA), the genetic marker associated with FSHD. Clinical data are collected through standardized and validated evaluation protocols. Since 2009, 3574 clinical forms have been systematically collected including information on demographic data, clinical history and neurological evaluation and allow the description of phenotypes and their classification into categories: classical phenotype, incomplete, asymptomatic/healthy subjects and atypical/complex phenotype. The integration of such information demonstrated both the wide phenotypic variability and the incomplete penetrance of FSHD supporting the idea that the expression and evolution of the disease are determined by several factors. In fact, the marker of FSHD is a common polymorphism, detected in 3\% of the healthy population. In addition, 23.4% of DRA carriers in our cohort are asymptomatic. The present thesis aims to underline the importance of the systematic collection of standardized clinical data. This approach improved the understanding of the expression of this rare disease and made its complexity explicit. Chapter 1 provides a broad overview of the FSHD, disease registries and the INRF. Chapter 2 describes the methods for molecular diagnosis of the disease and material and methods of the studies carried out in this thesis work. The results of the studies are described in Chapter 4 as follows: 1) INRF: analysis of clinical and molecular data of the registry cohort, description of its structure, its organization and its contribution in the European context; 2) genotype/phenotype correlation study of DRA carriers with 9-10 RU: 46.0\% of index cases do not show the classic FSHD phenotype; 10.0\% of relatives show a classical phenotype; 70.9\% of carrier relatives show no motor impairment. 3)Characterization of 125 subjects with incomplete phenotype (absence of facial weakness). This phenotype is significantly milder than the classical phenotype. Out of 33 families with a proband with incomplete phenotype, in 18 (54.5\%) the proband was the only one that expressed a myopathic profile. 36% of these 125 subjects were not carriers of DRA, suggesting that other elements may underlie this phenotype. 4) Study of environmental factors that may play a role in disease progression or onset. The retrospective study on a cohort of DRA carriers confirms that the regular practice of physical activities in young people is not harmful but, on the contrary, is associated with milder clinical severity in adulthood; 5-6) Evaluation of couples in prenatal counselling and assessment of the genetic risk associated with FSHD. With the aim of improving genetic counseling by providing a personalized approach to the family history of the consultants, an innovative tool (classifier) based on Machine Learning technology has been developed. The classifier is able to predict the probability that a newborn will develop a myopathic phenotype based on family history and molecular data, achieving 80\% sensitivity and over 70\% specificity. This software has the potential to increase the quality of counselling and become a reliable ally in risk assessment in personalised medicine.

Il Registro Nazionale Italiano per la FSHD (INRF), raccoglie i dati dei pazienti affetti da Distrofia Muscolare facio-scapolo-omerale (FSHD) (MIM\#158900) una rara miopatia ereditaria. Una piattaforma per la gestione dei dati, la MOMIS FSHD Web Platform, ha permesso di studiare ed integrare le informazioni derivanti da diverse fonti. Fino al 2020, l'INRF ha raccolto dati molecolari su 7485 soggetti e identificato 3396 individui portatori di un D4Z4 Reduced Allele (DRA), il marcatore genetico associato alla FSHD. I dati clinici sono raccolti attraverso protocolli di valutazione standardizzati e validati. Dal 2009 sono state raccolte sistematicamente 3574 schede cliniche che raccolgono informazioni su dati demografici, storia clinica e valutazione neurologica e consentono la descrizione dei fenotipi e loro classificazione in categorie: fenotipo classico, incompleto, soggetti asintomatici/sani e fenotipo atipico/complesso. L'integrazione di tali informazioni ha dimostrato sia l'ampia variabilità fenotipica che la penetranza incompleta della FSHD sostenendo l'idea che l'espressione e l'evoluzione della malattia siano determinate da diversi fattori. In effetti, il marcatore della FSHD è un polimorfismo comune, rilevato nel 3\% della popolazione sana. Inoltre, il 23.4\% dei portatori di DRA della nostra coorte sono asintomatici. La presente tesi si propone di sottolineare l'importanza della raccolta sistematica di dati clinici standardizzati. Questo approccio ha migliorato la comprensione dell'espressione di questa malattia rara e ha reso esplicita la sua complessità. Il capitolo 1 fornisce un'ampia panoramica della FSHD, sui registri di malattia e sull’INRF. Il capitolo 2 descrive I metodi per la diagnosi molecolare della malattia e materiale e metodi degli studi svolti nel lavoro di tesi. Gli studi, i cui risultati sono descritti nel capitolo 4 sono i seguenti: 1) INRF: analisi dati clinici e molecolari della coorte del registro, descrizione della sua struttura, della sua organizzazione e dell’inserimento nel contesto Europeo; 2) Studio di correlazione genotipo/fenotipo dei portatori di DRA con 9-10 RU: il 46.0\% dei casi indice non mostra il fenotipo classico; il 10.0\% dei parenti mostra un fenotipo classico; il 70.9\% dei parenti portatori non mostra alcuna compromissione motoria; Caratterizzazione di 125 soggetti con fenotipo incompleto (assenza di debolezza facciale). Questo fenotipo risulta significativamente più lieve rispetto al fenotipo classico. Su 33 famiglie con un probando con fenotipo incompleto, in 18 (54.5\%) il probando era l'unico che esprimeva un profilo miopatico. Il 36\% di questi 125 soggetti, non era portatore di DRA, suggerendo che altri elementi possano essere alla base di questo fenotipo; 4) Studio di fattori ambientali che possono avere un ruolo su progressione o esordio di malattia. Lo studio retrospettivo su una coorte di portatori di DRA, conferma che la pratica regolare delle attività fisiche nei giovani non è dannosa ma, al contrario, è associata a una severità clinica più lieve in età adulta; 5-6) Analisi coppie in consulenza prenatale e valutazione del rischio genetico associato alla FSHD. Con l'obiettivo di migliorare la consulenza genetica fornendo un’approccio personalizzato sulla storia familiare dei consultandi, è stato sviluppato uno strumento innovativo (classificatore) basato sulla tecnologia del Machine Learning. Esso e’ in grado di prevedere la probabilità che un neonato sviluppi un fenotipo miopatico in base alla storia familiare e ai dati molecolari, ottenendo l’80\% di sensibilità e oltre 70\% di specificità. Questo software ha il potenziale di aumentare la qualità della consulenza e diventare un alleato affidabile nella valutazione del rischio nell’ambito della medicina personalizzata.