Le variazioni di numero di copia (CNV) sono un tipo di variazione genomica strutturale caratterizzata dalla cancellazione o duplicazione dei segmenti di DNA che vanno da circa 1 chilo di base (kb) a diversi megabases (Mb) in dimensioni.

Comprendere le variazioni di numero di copia

I CNVs derivano da una ricombinazione non allelica (NAHR), dall'unione non omologa (NHEJ), e da meccanismi basati sulla replica come il bloccaggio della forcella e il commutazione del modello (FoSTeS) o la replicazione intermedia di microomologia (MMBIR). Questi eventi si verificano durante la meiosi o la mitosi e possono produrre guadagni o perdite di materiale genomico.

La frequenza dei CNV varia attraverso il genoma; alcune regioni, note come hotspot CNV, sono inclini a ricomposizioni ricorrenti a causa di duplicazioni segmentali (ripettive a bassa copia).Questi hotspot sono spesso associati a disturbi genomici. I CNV possono essere ereditati in un modello Mendelian o sorgono ]de novo(), in particolare in studi neurologici.

Impatto sui disturbi genetici

Molti disturbi genetici ben caratterizzati sono causati direttamente da specifici CNV, spesso indicati come disturbi genomici, che tipicamente derivano da cancellazioni o duplicazioni che alterano il numero di copia di uno o più geni sensibili al dosaggio.

22q11.2 Sindrome di delezione (Sindrome di DiGeorge)

Una delle caratteristiche più comuni della microdelezione, che si verificano in circa 1 su 4.000 nascite dal vivo. Una cancellazione di 1,5-3 Mb sul cromosoma 22q11.2 rimuove circa 30–50 geni, tra cui TBX1], un regolatore chiave dello sviluppo cardiaco e paratiroide.

Tipo di malattia di Charcot-Marie-Tooth 1A

Questa neuropatia periferica ereditaria deriva da una duplicazione di 1,5 Mb su cromosoma 17p12 che include il PMP22] gene. La copia extra porta a sovraespressione di casi di miglio periferico proteina 22, che disturba la formazione di guaina di miglio nei nervi periferici.

Sindrome di Williams-Beuren

La malattia di NAFLT (in inglese) è causata da una cancellazione eterozigosa di ~1,5–1,8 Mb su cromosoma 7q11.23, che comprende circa 26–28 geni, tra cui ELN[forbita 1]] (elastinwide).

Sindrome di Smith-Magenis

Questa sindrome da microdelezione comporta una cancellazione di 3.5 Mb sul cromosoma 17p11.2, tra cui il gene RAI1]]. Le caratteristiche cliniche includono caratteristiche facciali distinte (brachicefalia, ipoplasia di faccia, bocca capovolta), disabilità intellettuale, ritardo di linguaggio espressivo, disturbi del sonno dovuti a ritmo melatonina invertito, comportamento auto-injurious

Neurofibromatosi Tipo 1

Mentre il più spesso causato da mutazioni punti in NF1], una minoranza di casi (circa 5–10%) comporta una microdelezione del tumore di 1,2–1,5 Mb su cromosoma 17q11.2 che comprende NF1] e geni adiacenti.

Sindromi aggiuntivi

  • Sindrome di Prader-Willi:[] Può derivare dalla cancellazione paternale di 15q11-q13 (70% dei casi). Le caratteristiche includono ipotonia neonatale, iperfagia che porta all'obesità, alla disabilità intellettuale e ai problemi comportamentali.
  • Sindrome di Angelman:[] Cancellazione materna della stessa regione di 15q11-q13 (70% dei casi). Le caratteristiche includono grave disabilità intellettuale, convulsioni, ataxia e un demeanore felice.
  • Sindrome di Potocki-Lupski:[ Duplicazione di 17p11.2 (reciprocale della cancellazione di Smith-Magenis) causa disabilità intellettuale, autismo e anomalie congenite.
  • 22q11.2 Sindrome di duplicazione:[ Molte caratteristiche si sovrappongono alla sindrome di cancellazione ma spesso più miti, evidenziando che sia la perdita che il guadagno della stessa regione possono essere patogeni.

Questi esempi sottolineano che i CNV possono produrre sindromi distinte a seconda della regione genomica alterata, i geni coinvolti e la direzione del cambiamento del numero di copia. Lo spettro fenotipico dei disturbi associati a CNV è ampio, influenzato da penetranza incompleta e da espressività variabile, che complica le correlazioni genotipo-fenotipo.

CNVs e Rischio Malattia

Oltre a rari disturbi sindromici, i CNV contribuiscono al rischio di malattie complesse comuni alterando il dosaggio genico, interrompendo le reti di regolazione o smascherando le alleli recessive. Il contributo dei CNV al rischio di malattia può essere sottile, richiedendo grandi studi coorte per il rilevamento.

Disturbi neuropsichiatrici

L'autismo disordine dello spettro (ASD): Numerosi studi hanno identificato rari, grandi (spesso >250 kb) CNV in individui con ASD.

Schizophrenia: Gli studi di associazione su larga scala del genoma (GWAS) dei CNVs hanno identificato diversi loci di rischio, comprese le delezioni a 22q11.2 (OR ~20–30), 1q21.1, 3q29, 15q13.3, 16p11.2, e le duplicazioni a 7q11.23 e 16p13.1.

Disturbo bipolare:[] Mentre meno studiato, il peso CNV è anche elevato in disordine bipolare, con una qualche sovrapposizione con loci associati alla schizofrenia, suggerendo l'architettura genetica condivisa.

Cancro

[LT] I CNVS sono segni di genoma del cancro[LT] [FLT] possono causare il cancro al seno [[Sistema di rimozione] [FLT] [[Sistema di rimozione del cancro] [FLT] [FLT] [[Sistema di rimozione del cancro al seno] [FLT] [FLT]]

Disturbi cardiovascolari e metabolici

I CNV sono sempre più legati alla malattia cardiaca congenita (CHD). Le delezioni a 22q11.2, 1q21.1, 8p23.1, 16p13.11, e altri sono trovati in 3-10% dei pazienti CHD.

Suscettibilità delle malattie infettive

La copia del gene CCL3L1] varia tra individui e popolazioni; i numeri di copia più bassi sono associati con una maggiore suscettibilità all'infezione da HIV e alla progressione dell'AIDS. Allo stesso modo, le delezioni che influenzano il componente complementare 4 (C4 risk]

Lo studio dei CNVs in malattie complesse è impegnativo a causa della loro bassa frequenza, requisito per grandi dimensioni del campione, e la necessità di accurati CNV che chiamano da array o sequenziamento dati. Tuttavia, rappresentano un pezzo importante del puzzle genetico, spesso agendo in concerto con i comuni SNP e fattori ambientali.

Rilevazione e caratterizzazione di CNV

Il rilevamento accurato dei CNV è essenziale per la ricerca e la diagnostica clinica.

Microarray cromosomico (CMA)

CMA, tra cui array di ibridazione genomica comparativa (aCGH) e array SNP, è l'attuale test diagnostico di primo livello per gli individui con ritardo di sviluppo non spiegato, anomalie congenite, o disturbo dello spettro di autismo.

Sequenziamento di prossima generazione (NGS)

Le differenze di livello di analisi e di valutazione dei dati sono sempre più frequenti per individuare i CNV, soprattutto le variazioni strutturali più piccole o più complesse che non vengono utilizzate dagli array.

Metodi mirati

Per i CNVs ricorrenti noti, tecniche mirate come amplificazione a sonda multiplo (MLPA) o reazione a catena di polimerizzazione quantitativa (qPCR) sono convenienti. FISH viene utilizzato per visualizzare riarrangiamenti cromosomici specifici, soprattutto nei campioni prenatali o tumorali.

Interpretazione clinica e database

I dati pubblici come DECIPHER ([]DECIPHER: database di varianti genomiche), ClinVar e il database di variabili genomiche (DGV) sono risorse essenziali.

Implicazioni cliniche e progressi terapeutici

L'identificazione di CNVs ha applicazioni cliniche dirette nella diagnosi, nella prognosi e nella medicina personalizzata.

Test genetici prenatali e preimpianto

Il CMA è sempre più utilizzato nelle impostazioni prenatali per rilevare i CNVs submicroscopici associati a disturbi neuro-sviluppo. I test prenatali non invasivi (NIPT) utilizzando il DNA cellulare possono rilevare grandi CNV (ad esempio, aneuploidies comuni e alcune microdelezioni) con elevata precisione.

Farmacogenomica

[FLT] che interessano i geni del metabolismo della droga[FLT] [FLT] [FLT]] [[FLT]]]]CYP2D6[FLT1]] variazioni di numero di copia (comprese le eliminazioni, le duplicazioni e le moltiplicazioni) influenzano il metabolismo di molte antidepressivi, antipsicotici, oppioidi e tamoxifen.

Cancro Terapia mirata

L'amplificazione HER2 nel cancro al seno, EGFR] l'amplificazione del tumore al polmone, e MET l'amplificazione del tumore gastrico predico la risposta agli inibitori della cinasi mirata.

Terapia genetica e CRISPR

In linea di principio, i disturbi associati a CNV causati dall'aploinsufficienza potrebbero essere trattati con l'aumento del gene (ad esempio, la fornitura di una copia funzionale del gene mancante tramite vettori AAV) o attivando l'allele rimanente.

Le direzioni future

La ricerca continua a perfezionare la nostra comprensione dei CNVs a livello sia molecolare che clinico. L'integrazione di sequenziamento a lungo termine nei flussi di lavoro clinici consentirà di individuare le complesse varianti strutturali che sono attualmente mancate o chiamate male.

Conclusioni

La terapia di CNVI è un'analisi di tipo medico, che rappresenta uno strato fondamentale della variazione genetica umana, con profonde implicazioni per disturbi rari e malattie comuni. Dalle ben note sindromi di microdelezione all'architettura genetica complessa di autismo, schizofrenia e cancro, i CNV influenzano la suscettibilità della malattia attraverso i geni sensibili al dosaggio e gli elementi normativi.