Che cos’è la Malattia di Bornholm e in cosa si differenzia dal BCM

History

Opsin Gene Array

La malattia è stata originariamente descritta in una famiglia numerosa dell’isola di Bornholm in Danimarca con deuteranopia, e successivamente in diverse famiglie con protanopia, esiste un primo tipo di questa malattia delle cellule cono che è associata a mutazioni con perdita di funzione delle proteine opsin del cono, ed è chiamata malattia dell’occhio di Bornholm (BED).

Haim et al. (1988) [2] e [3] descrissero una famiglia danese numerosa, originaria dell’isola di Bornholm, affetta da miopia legata all’X associata ad astigmatismo, disturbi della vista e deuteranopia. I sintomi erano presenti in tutti i maschi affetti. La miopia è stata diagnosticata tra 1,5 e 5 anni di età. La malattia genetica è stata ricostruita in 5 generazioni della famiglia.

Young et al. (2004) [8] hanno riportato una famiglia del Minnesota di origine danese con un fenotipo simile legato all’X. L’unica differenza tra la famiglia del Minnesota e la famiglia BED originale era il difetto della visione dei colori. Mentre i membri affetti della famiglia BED originale presentavano deuteranopia, quelli della famiglia del  Minnesota presentavano protanopia. Fino a questo punto non era chiaro se si trattasse di una nuova forma di malattia legata all’X con miopia elevata e disfunzione non progressiva dei coni e se i problemi della visione dei colori fossero correlati agli altri sintomi o meno.

Infatti, Bartsocas et al. [1] hanno riportato prove di una famiglia con miopia elevata legata all’X senza altri sintomi sulla visione del colore. Questa malattia con sintomi di miopia elevata è stata mappata alla posizione Xq28 del cromosoma X, ed è il primo locus di miopia di alto grado designato (MYP1).
In questa posizione Hanna et al. (1997) [6] hanno determinato l’esistenza di un gene chiamato CHROMOSOME X OPEN READING FRAME 2 (CXORF2) o gene TEX28 che contiene 5 esoni. È trascritto nell’orientamento opposto a GCP e TKTL1. Mediante l’analisi della sequenza genomica, Hanna et al. (1997) [6] hanno mappato il gene TEX28 tra i geni GCP e TKTL1 sul cromosoma Xq28. Hanno determinato che TEX28 si ripete più volte all’interno del gene della proteina opsin sul cromosoma Xq28, ma l’esclusione dell’esone 1 dalle copie duplicate ha suggerito che la trascrizione è limitata alla copia tra i geni GCP e TKTL1.

(TESTIS-EXPRESSED GENE 28; TEX28 Alternative titles; symbols CHROMOSOME X OPEN READING FRAME 2; CXORF2 HGNC Approved Gene Symbol: TEX28)

Hanna et al. (1997) [6] hanno suggerito che i disturbi della visione dei colori che derivano dalla delezione dei geni del pigmento colorato dovrebbero essere rivalutati per possibili fenotipi associati che potrebbero derivare dall’alterazione del gene TEX28.
Chen et al. (2006) [10] hanno determinato che esistono 3 copie esatte del gene TEX28 sul cromosoma Xq28.

Metlapally et al. (2009) [11] hanno studiato la variazione del numero di copie (CNV) del gene CXORF2/TEX28 in 5 famiglie che separavano miopia elevata legata all’X con disfunzione dei coni e hanno scoperto che gli individui affetti da 4 famiglie avevano un valore maggiore (4 o 5 ) o un numero inferiore (1) di copie di CXORF2/TEX28 rispetto alle 3 copie trovate in individui non affetti. Metlapally et al. (2009) [11] hanno suggerito che le CNV del gene CXORF2/TEX28 sembrano essere associate al fenotipo della miopia legata all’X e della disfunzione del cono.
Ratnamala et al. (2011) [12] hanno descritto 2 grandi pedigree indiani asiatici multi-generazionali con miopia isolata e non sindromica in cui la condizione sembrava segregarsi come tratto recessivo legato all’X. Il grado di miopia era variabile in entrambe le famiglie, variando da -6 a -23 D (media: -8,48 D). Solo i maschi sono colpiti dalla malattia. L’esordio è avvenuto tra i 4 e i 12 anni. Non sono state riportate altre anomalie visive associate, in particolare non sono stati riportati difetti della visione dei colori, in nessun membro dei due pedigree.
Da precedenti lavori di ricerca sembra che le CNV del gene CXORF2/TEX28 potrebbero essere associate al fenotipo miopia elevata legata all’X + disfunzione dei coni anche in assenza di difetti della visione dei colori.

D’altro canto, negli stessi anni, Michaelides et al.(2005) [9] hanno descritto 4 famiglie britanniche non consanguinee con una sindrome da disfunzione dei coni legata all’X associata a miopia simile al disturbo della famiglia Minnesota descritto da Young et al. .(2004)[8]. I membri affetti presentavano miopia da moderata a elevata, astigmatismo, acuità visiva moderatamente ridotta, fondo normale e protanopia . L’ERG ha mostrato risposte anomale dei coni ma normali dei bastoncelli. I test psicofisici hanno mostrato una compromissione selettiva dei coni (LW) in combinazione con la funzione ben conservata del cono (MW) e del cono corto (SW).

Nello studio precedente Michaelides et al. (2005) [9]  hanno notato che una delle famiglie BED segregata per la nota sostituzione deleteria Cys203Arg codificata dall’esone 4. Questa mutazione potrebbe quindi spiegare la disfunzione dei coni osservata se espressa in un sottoinsieme di coni negli individui affetti. Al contrario, non sono stati in grado di trovare alcuna mutazione puntiforme deleteria nei geni dell’opsina L e M nelle restanti famiglie esaminate. Nel 2014 il loro nuovo studio non solo ha riesaminato i geni dell’opsina in queste famiglie, ma ha esteso l’analisi alla famiglia BED originale, alla famiglia del Minnesota, a 3 più una nuova famiglia del Regno Unito; in tutti i casi, è presente una rara combinazione (aplotipo) di aminoacidi, LVAVA o LIAVA specificati dai codoni 153, 171, 174, 178 e 180 dell’esone 3 del gene L opsina, una combinazione che non è stata precedentemente riportato in più di 300 geni dell’opsina L o M o in studi separati sui geni L e M in un gran numero di dicromati.
Questi due aplotipi varianti sembrerebbero quindi essere limitati agli individui a cui è stato diagnosticato il BED o una disfunzione simile dei coni.

L’analisi della sequenza e dell’ordine dei geni OPN1LW e OPN1MW presenti nelle diverse famiglie BED studiate in questo studio dimostra che in molti casi sono presenti più geni all’interno dell’array. Tuttavia, dove studiato, il gene a monte o prossimale codifica l’uno o l’altro degli aplotipi varianti. Uno studio precedente sul Monocromatismo dei Coni Blu implicava che queste varianti combinazioni di amminoacidi danno origine a pigmenti non funzionali; se questo è anche il caso del BED, allora la dicromia potrebbe derivare dall’espressione di un pigmento non funzionale del gene dell’opsina prossimale nell’array, con il tipo di dicromia dipendente dalle caratteristiche spettrali del pigmento funzionale espresso dal secondo gene nella matrice.

Una caratteristica costante in tutte le famiglie BED è la miopia. La base genetica della miopia è stata oggetto di numerosi studi recenti. Sono stati identificati numerosi loci genetici per la miopia di grado elevato e moderato, principalmente da studi su alberi genealogici familiari e molti di questi sono stati replicati in uno studio collaborativo internazionale sull’intero genoma della miopia. Tra questi c’è il locus MYP1 (numero OMIM 310460), che mappa sulla punta del cromosoma X in Xq28. È stato identificato per la prima volta nella famiglia BED originale e un recente studio in Cina ha confermato la sua posizione sul cromosoma Xq28 all’interno della regione di 6,1 cM tra il marcatore DXS8069 e Xqter. Lo studio tuttavia non è riuscito a trovare mutazioni in quattro geni candidati selezionati sulla base dell’espressione nell’occhio e dell’assenza di altre associazioni di malattie; i geni dell’opsina che mappano anche su questa regione del cromosoma X non sono stati sottoposti a screening. Sembra ormai accertato che la variazione del gene dell’opsina sia responsabile sia della disfunzione dei coni che del difetto della visione dei colori. Poiché la miopia è una componente integrale della sindrome BED, sembrerebbe probabile che questa debba derivare anche dalla disfunzione del fotopigmento del cono e dalla rottura del normale mosaico del cono, ma il modo in cui ciò si traduce nella miopia rimane incerto. Va notato che la miopia è una caratteristica comune anche nel Monocromatismo dei Coni Blu.

Molecular Genetics

Le mutazioni nei geni relativi alle proteine opsin dei coni, OPN1LW e OPN1MW, sono alla base di uno spettro di difetti dei fotorecettori di tipo cono, dalla perdita stazionaria della visione dei colori alla progressiva degenerazione retinica.

I disturbi possono essere raggruppati in tre classi: delezioni della regione di controllo del locus (LCR); mutazione missenso (p.Cys203Arg) in un gene ibrido L/M e altre mutazioni puntuali; e il polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) dell’esone 3 che scambia gli aplotipi in un array di geni altrimenti normale. Scopri di più sulle mutazioni causative sui geni dell’array di geni opsina OPN1LW/OPN1MW.

È stata osservata una miopia da moderata ad elevata in tutte le categorie di mutazione. Gli individui con delezioni LCR o mutazioni p.Cys203Arg avevano maggiori probabilità di avere nistagmo e problemi di vista, con progressione lenta della malattia [19]. Sono stati identificati tre aplotipi SNP dell’esone 3 associati alla malattia che codificano LIAVA, LVAVA o MIAVA. I pazienti con l’ultimo tipo di avevano meno probabilità di avere nistagmo ma più probabilità di mostrare progressione. È stato dimostrato che l’aplotipo LIAVA provoca il mis-splicing dell’esone 3. Anche gli aplotipi LVAVA e MIAVA provocano uno splicing aberrante, con un basso livello residuo di proteine opsin nei coni. L’SNP OPN1LW/OPN1MW:c.532A>G, comune a tutti e tre gli aplotipi associati alla malattia (LIAVA; LVAVA; MIAVA), sembra essere il principale responsabile di questo meccanismo mutazionale (splicing).

La comparsa della malattia dell’occhio di Borholm (BED) o del Monocromatismo die Coni Blu (BCM) dipende da quante copie (solo 1 per BED o più per BCM) il paziente ha nel suo cluster di geni opsin e quale è l’aplotipo SNP dell’esone 3.
I pazienti che hanno un singolo gene ibrido rosso o rosso-verde e un aplotipo deleterio come LIAVA o LVAVA mostreranno il fenotipo BCM. Il LIAVA/LVAVA e altri genotipi provocano una errato splicing dell’mRNA dell’opsina e una proteina opsina non funzionale, come descritto da Buena-Atienza et al [17].

I pazienti che hanno due o più copie nel cluster e solo il primo gene L nel cluster o solo il primo gene M ha l’aplotipo deleterio SNP mostrano il fenotipo della malattia dell’occhio di Bornholm. Si potrebbero considerare protanopi (o deuteranopi se è il secondo gene M ad essere affetto), ma con questo tipo di mutazione (SNP) sembra che il fenotipo non sia solo daltonismo, ma un fenotipo (spesso) progressivo di disfunzione dei coni/distrofia dei coni con elevata miopia e dicromia. Sono necessari ulteriori studi clinici su tali pazienti per comprendere appieno la malattia e il suo decorso.

Pubblicazioni

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