Atrofia musculara spinala (SMN1 – deletie exon 7)

Informatii generale

Atrofia musculara spinala (AMS) este o boala neuromusculara progresiva cu transmitere autosomal recesiva, caracterizata prin slabiciune musculara si atrofie cauzate de degenerescenta neuronilor motori din maduva spinarii si din nucleii trunchiului cerebral. Este a doua afectiune ereditara ca frecventa dupa fibroza chistica, avand o incidenta de aproximativ 1 la 10000 nou-nascuti pentru forma acuta (AMS tip I) si 1 la 24000 nasteri pentru formele cronice de boala (AMS tip II si III). In peste 95% din cazuri aceasta boala este determinata de anomalii ale genei SMN1 (Survival Motor Neuron 1), ce antreneaza un deficit major al proteinei SMN^1;3.

La inceputul anilor 1980, Werdnig si Hoffman au descris o tulburare caracterizata prin slabiciune musculara progresiva aparuta in copilarie care a determinat moarte timpurie, iar din punct de vedere histopatologic s-a evidentiat pierderea neuronilor din coarnele anterioare ale maduvei spinarii.

In 1995, a fost descrisa si gena implicata in aparitia atrofiei musculare spinale. Aceasta codifica o proteina neuronala specifica, proteina de supravietuire a neuronilor (SMN). Boala este determinata de mutatii care apar la nivelul genei SMN1 (Survival Motor Neuron), iar severitatea se crede ca este modulata de gene precum SMN2, NAIP (Neuronal Apoptosis Inhibitory Protein) sau PLS3 (Plastin 3). Regiunea SMN de pe cromozomul 5q12.2-q13.3, formata din aproximativ 500 kb, este neobisnuit de complexa, cu secvente repetitive, pseudogene, elemente retrotranspozabile, deletii, duplicatii sau inversii. Persoanele neafectate au doua copii ale genei SMN aranjate in tandem pe fiecare cromozom: SMN1 (copie telomerica – telSMN, SMNt sau SMNT) si SMN2 (copie centromerica – cenSMN, SMNc, BCD541 sau SMNC). Ambele gene contin 9 exoni si difera prin 8 nucleotide (cinci sunt intronice si trei sunt exonice, situate la nivelul exonilor 6, 7 si 8). Exprimarea genei SMN1 produce proteina SMN full-length (completa), in schimb, expresia SMN2 determina aparitia unei versiuni trunchiate a polipeptidei din care lipsesc 16 aminoacizi de la capatul carboxi-terminal.

Persoanele cu AMS sunt fie homozigote pentru deletia exonului 7 din SMN1 (Δ7 SMN1), fie heterozigoti compusi pentru Δ7 SMN1 si o mutatie intragenica a SMN1. Deletia copiei telomerice a SMN (SMN1) este direct implicata in AMS, deoarece absenta exonului 7 sau a exonilor 7 si 8 este detectabila la mai mult de 95% din persoanele afectate indiferent de forma clinica de manifestare³.

La pacientii cu mutatii, aproximativ 70-80% din produsul genei SMN este sub forma proteinei trunchiate. Toti pacientii cu atrofie musculara spinala pastreaza cel putin o copie a SMN2, insa aceasta este capabila sa genereze doar 10% din cantitatea de SMN full-length necesara, comparativ cu SMN1. Cei cu forma AMS tip I au mai putin de 9% din cantitatea normala de SMN full-length (fl-SMN), cei cu AMS tip II au 14%, iar cei cu AMS tip III, aproximativ 18%. La un nivel al fl-SMN reprezentand 23% din concentratia normala, functia motorie pare normala. Purtatorii asimptomatici au de obicei 45-55% din nivelul normal de fl-SMN.

Tot in 1995, a fost identificata gena NAIP care codifica proteina NAIP (proteina inhibitoare neuronala a apoptozei). Deletia acestei genei, care este apropiata de gena SMN, este asociata cu AMS, fapt dovedit prin prezenta mutatiilor homozigote ale genei NAIP la 45% dintre pacientii cu AMS tip I si la 18% din pacientii cu AMS tip II sau III.

Aceasta proteina apartine unei clase de proteine inhibitoare ale apoptozei (AIPs – apoptosis inhibitory proteins) intens conservate, care ajuta la reglarea mortii celulare programate. Eliminarea acestei gene pare sa fie asociata cu fenotipurile severe de AMS.

15% dintre pacientii cu AMS prezinta mutatii la nivelul genei BFT2p44¹.

In functie de varsta de debut, speranta de viata, distributia hipotoniei musculare si dezvoltarea motorie pe etape a pacientilor, au fost descrise mai multe fenotipuri ale AMS (vezi tabelul de mai jos), dintre care cele mai importante sunt: infantil acut (AMS tip I sau boala Werdnig-Hoffman), infantil cronic (AMS tip II), juvenil cronic (AMS tip III sau boala Kugelberg-Welander) si forma adulta (AMS tip IV). Alaturi de acestea mai sunt descrise: forma prenatala (SMA 0), neuropatia axonala congenitala si atrofia musculara spinala asociata cu artrogripoza congenitala^1;3.

AMS I (atrofia spinala musculara acuta sau boala Werdnig-Hoffmann) apare in jurul varstei de 6 luni si se caracterizeaza prin atrofii musculare si paralizii de origine spinala. Peste 95% din pacienti prezinta slabiciune musculara simetrica, progresiva si hipo- sau atonie inainte de varsta de 3 luni. Histopatologic se constata o degenerescenta a neuronilor motori din coarnele anterioare ale maduvei si din nucleii trunchiului cerebral; fibrele simpatice si fasciculele piramidale sunt mai putin afectate.

La nastere pot fi observate cianoza, artrogripoza sau deformari ale scheletului (scolioza) si ale articulatiilor, ca rezultat al hipotoniei prezente inca din viata intrauterina.

Atrofia si paralizia evolueaza rapid, apar initial la nivelul musculaturii spatelui, apoi trec progresiv la muschii centurilor, interesand in final partile distale ale membrelor. Atrofia musculara poate fi mascata uneori de tesutul adipos specific copiilor.

Pacientii nu prezinta afectarea muschilor extraoculari, iar slabiciunea musculaturii faciale este adesea minima sau absenta.

La nivelul muschiului cardiac nu se evidentiaza leziuni, dar o modificare specifica a ritmului electrocardiografic de baza a fost atribuita fasciculatiei membrelor si a muschilor peretelui toracic.

La copil sau nou-nascut fasciculatiile sunt adesea limitate la limba si sunt dificil de diferentiat de miscarile normale aleatorii. Un tremor postural al degetelor este observat doar ocazional in AMS I. Reflexele osteotendinoase sunt abolite in urma leziunii neuronului motor periferic.

La cateva luni sau la cativa ani de la debutul bolii apar leziunile bulbare, fapt ce determina incapacitatea copilului de a suge sau de a inghiti si in final insuficienta respiratorie si moarte.

Cele mai multe persoane mor inainte de varsta de doi ani, dar uneori indivizii care au forme de boala cu debut clinic dupa varsta de 6 luni pot supravietui pana in adolescenta sau la maturitate.

In unele cazuri, boala poate provoca slabiciune musculara fulminanta in primele zile de viata. Astfel de manifestari severe asociate si cu disfunctie bulbara precoce au o medie de supravietuire de 5.9 luni. In 95% din cazuri copiii mor din cauza unor complicatii ale bolii pana la varsta de 18 luni, insa in cazul in care primesc suport respirator pot trai mai mult de doi ani^1;3.

AMS tip II sau atrofia musculara spinala cronica (boala Dubowitz) este cea mai comuna forma de atrofie musculara spinala. Se manifesta intre 6 si 12 luni si evolueaza lent.

Simptomatologia debuteaza cu senzatie de slabiciune in musculatura membrelor inferioare si a trunchiului. Treptat senzatia de slabiciune se accentueaza, iar copilul incepe sa prezinte dificultati la mers. Muschii membrelor superioare sunt afectati intr-o masura mai mica. Respiratia devine din ce in ce mai dificila ca rezultat al afectarii muschilor respiratori. In mod obisnuit muschii laringelui si muschii maseteri nu sunt afectati.

O caracteristica neobisnuita a bolii este tremorul postural care afecteaza degetele. Acest lucru este considerat a fi legat de fasciculatiilor muschiilor scheletici.

In cursul bolii pot parea pseudohipertrofia gastrocnemianului si deformari musculo-scheletale.

Ritmul de dezvoltare fizica este normala, la fel ca si dezvoltarea functiilor mentale.

Durata de viata a pacientilor cu SMA tip II variaza de la 2 pana la 30 ani, infectiile respiratorii fiind cauza principala a deceselor^1;3.

AMS tip III sau atrofia musculara spinala juvenila (boala Wohlfart-Kugelberg-Welander) apare dupa varsta de 18 luni si are o evolutie mai blanda decat primele doua.

Persoanele cu AMS III pot merge in mod autonom, dar pot avea frecvent probleme la urcatul sau coboratul scarilor, la varsta de 2-3 ani. Membrele inferioare sunt mai grav afectate decat bratele. Prognosticul se coreleaza, in general, cu functia motorie maxima atinsa. Persoanele cu AMS III la care afectiunea a debutat inainte de a invata sa mearga pierd capacitatea de merge pe jos pana la jumatatea adolescentei, in schimb persoanele care au dezvoltat abilitatea normala de mers pe jos inainte de debutul slabiciunii musculare pot mentine aceasta capacitate pana la al treilea sau al patrulea deceniu de viata.

Prognosticul este in general bun^1;3.

AMS tip IV debuteaza cu  slabiciune musculara, de obicei in decada a doua sau a treia de viata. Manifestarile clinice seamana cu cele din AMS tip III. In ansamblu cursul bolii este benign, iar pacientii au o speranta de viata normala^1;3.

Neuropatia axonala congenitala are debut prenatal caracterizat prin slabiciune musculara severa, contracturi articulare, diplegie faciala, oftalmoplegie si insuficienta respiratorie care necesita intubatie endotraheala imediata si ventilatie. Polihidramniosul si reducerea miscarilor fetale sunt manifestari comune ale bolii³.

Atrofia musculara spinala asociata cu artrogripoza congenitala (artrogripozis congenita multiplex) se manifesta prin slabiciune musculara severa cu debut prenatal (contracturi articulare congenitale care implica cel putin doua articulatii). Scaderea miscarilor fetale, polihidramniosul si prezentatia pelviana sunt frecvente. De obicei, copiii prezinta miscari doar la nivelul musculaturii extraoculare si faciale. Moartea apare din cauza insuficientei respiratorii in prima luna de viata³.

Evidentierea SMN1 in regiunea 5q11.2-13.3 ca gena determinanta a bolii a reprezentat elementul esential pentru diagnosticarea pacientilor cu AMS. Identificarea homozigotilor cu deletia exonilor 7 si 8 din gena SMN1 este un criteriu important pentru stabilirea diagnosticului de certitudine, avand in vedere ca aproximativ 95% dintre subiectii diagnosticati prezinta aceasta mutatie. Un procent de 2-5% dintre pacienti sunt heterozigoti compusi pentru o deletie a exonilor 7 si 8 si o mutatie punctiforma SMN1.

Numeroase date indica faptul ca severitatea bolii este influentata si de numarul de copii ale genei SMN2 (care poate varia de la 0 la 5), de aceea stabilirea acestui numar face parte din strategia de testare³.

Recomandari pentru testarea genetica

-confirmarea diagnosticului de SMA la persoanele afectate;

-identificarea starii de purtator (heterozigot) prin testarea adultilor asimtomatici cu risc crescut; aceasta consta in stabilirea numarului de copii ale genei SMN1 ce contin exonul 7 prezente intr-un genotip; trebuie mentionat faptul ca testarea nu prezinta utilitate pentru estimarea varstei de debut, severitatii, tipului de simptome sau modalitatii de progresie a  bolii^1;3;

-diagnosticul prenatal la gravidele cu risc crescut pentru o mutatie SMN1; se efectueaza prin analiza ADN-ul extras din celule fetale obtinute prin amniocenteza, de obicei efectuata la aproximativ 15-18 saptamani de gestatie sau biopsia vilozitatilor coriale, la aproximativ 10-12 saptamani de gestatie; mutatiile cauzatoare de boala trebuie sa fie identificate inainte de testarea prenatala^1;3.

Specimen recoltat – sange venos².

Recipient de recoltare – vacutainer ce contine EDTA ca anticoagulant².

Cantitate recoltata –  5 mL sange².

Cauze de respingere a probei – folosirea heparinei ca anticoagulant; probe coagulate sau hemolizate².

Stabilitate proba – 7 zile la 2-8ºC².

Metode – sunt disponibile mai multe modalitati de testare:

1) analiza deletiilor/duplicatiilor MLPA  pentru identificarea deletiilor exonilor 7 si 8 ale genei SMN1;

2) secventierea intregii gene  SMN1 oentru identificarea mutatiilor intragenice;

3) PCR cantitativ pentru stabilirea numarului de copii ale genei SMN2;

4) analiza dozajului genic PCR-bazata pentru identificarea numarului de copii ale genei SMN1 si depistarea starii de purtator asimptomatic. 

Raportarea si interpretarea rezultatelor

Vor fi comunicate mutatiile depistate in gena SMN1 si genotipul respectiv¹.

Nu exista nici o corelatie intre deletia exonilor 7 si 8 SMN1 si severitatea bolii. Studiile arata ca prezenta a trei sau mai multe copii ale genei SMN2 se coreleaza cu un fenotip de boala mai putin sever. Astfel, s-a constatat ca unele persoane homozigote pentru deletii SMN1 care prezinta 5 copii ale genei SMN2 sunt asimptomatice; din acest motiv se considera ca prezenta a 5 copii SMN2 poate compensa absenta genei SMN1.

Deoarece AMS se transmite autozomal recesiv, in momentul conceptiei fiecare frate al unui individ afectat are 25% sanse sa fie purtator si sa prezinte afectiunea, 50% sanse sa fie purtator asimptomatic si 25% sanse sa nu fie purtator si sa nu fie afectat.

Aproximativ 98% dintre parintii unui copil afectat sunt heterozigoti si, prin urmare, au o mutatie cauzatoare de boala in gena SMN1, restul de 2% nu sunt purtatori de mutatii, iar anomaliile genetice ale copiilor lor sunt aparute de novo .

Limite si interferente

Secventierea nu poate stabili daca o mutatie punctiforma este situata in cadrul genei SMN1 sau SMN2 decat in situatiile in care una din aceste doua gene este absenta. Identificarea unei mutatii raportate anterior la mai mult de o persoana afectata de boala dovedeste ca mutatia este localizata in gena SMN1.

Un procent de pana la 4% din populatia generala prezinta doua gene SMN1 pe acelasi cromozom. In cazul unei astfel de situatii analiza dozajului genic nu va putea identifica starea de purtator asimptomatic al bolii³.

Bibliografie

1. Bryan Tsao, Carmel Armon. Spinal Muscular Atrophy. www.emedicine.medscape.com, Ref Type: Internet Communication.

2. Laborator Synevo. Referintele specifice tehnologiei de lucru utilizate 2010. Ref Type: Catalog.

3. Thomas W Prior, Barry S Russman, Spinal Muscular Atrophy, Gene Reviews, 2006. www.ncbi.nlm.nih.gov. Reference Type: Internet Communication.