1. ASPETTI GENETICI DELLE
PATOLOGIE OSSEE:
DISPLASIE SCHELETRICHE FGFR3-
CORRELATE E CRANIOSTENOSI
Gabriella Restagno, Alessandro Brussino
S.S. Diagnosi e consulenza genetica
E-mail: gabriella.restagno@oirmsantanna.piemonte.it
13° Convegno: Patologia Immune e Malattie Orfane, Torino 23 gennaio 2010

2. DISPLASIE SCHELETRICHE
- Anomalie di crescita / sviluppo / differenziazione dello
scheletro
- Prevalenza = 2-4/10.000 nati
- Oltre 370 malattie conosciute, la maggior parte sono
monogeniche: rare singolarmente ma frequenti nel complesso
-Classica distinzione in:
OSTEOCONDRODISPLASIE = anomalie generalizzate e progressive
(Acondroplasia, Osteogenesi imperfetta,…)
DISOSTOSI = anomalie di uno o poche ossa, non progressive
(Craniosinostosi, polidattilia,…)
- Gene malattia identificato in più di 150 patologie: FGFR1, FGFR2,
FGFR3, TWIST, COL2A1, COL11A1, COL9A2, COL9A3, SLC26A2,
CHST3, PAPSS2, FLNA, FLNB, COMP, TRPS1, SHOX, SOX9, LMNA, …
(Superti-Furga et al., AJMG-A, 2007)

3. INTERAZIONI TRA I GENI COINVOLTI
Hartmann, Curr Opin Genet Dev, 2009

4. CLASSIFICAZIONE
Numerose revisioni a partire dalla prima classificazione del 1971
(Mc Kuscick and Scott) fino a quella del 2006
(International Skeletal Dysplasia Society, Superti-Furga,
http://www.skeldys.org/content/Nosology-2006.11.0.html)
1. FGFR3 group 21. Neonatal osteosclerotic dysplasias
2. Type 2 collagen group 22. Increased bone density group (without modification of bone
3. Type 11 collagen group shape)
4. Sulphation disorders group 23. Increased bone density group with metaphyseal and/or
5. Perlecan group diaphyseal involvement
6. Filamin group 24. Decreased bone density group
7. Short-rib dysplasia (SRP) (with or without polydactyly) group 25. Defective mineralization group
8. Multiple epiphyseal dysplasias and pseudoachondroplasia group 26. Lysosomal Storage Diseases with Skeletal Involvement
9. Metaphyseal dysplasias (Dysostosis Multiplex Group)
10. Spondylometaphyseal dysplasias (SMD) 27. Osteolysis group
11. Spondylo-epi(-meta)physeal dysplasias (SE(M)D) 28. Disorganized development of skeletal components group
12. Severe spondylodysplastic dysplasias 29. Cleidocranial dysplasia group
13. Moderate spondylodysplastic dysplasias (brachyolmias) 30. Craniosynostosis syndromes and other cranial
14. Acromelic dysplasias ossification disorders
15. Acromesomelic dysplasias 31. Dysostoses with predominant craniofacial involvement
16. Mesomelic and rhizo-mesomelic dysplasias 32. Dysostoses with predominant vertebral and costal
17. Bent bones dysplasias involvement
18. Slender bone dysplasias 33. Patellar dysostoses
19. Dysplasias with multiple joint dislocations 34. Brachydactylies (with or without extraskeletal manifestations)
20. Chondrodysplasia punctata (CDP) group 35. Limb hypoplasia–reduction defects group
36. Polydactyly-Syndactyly-Triphalangism group
37. Defects in joint formation and synostoses

5. PERCHE’ UN TEST GENETICO?
1. Conferma della diagnosi clinica
2. Possibilità di prevedere il decorso della malattia
(espressività variabile, associazione genotipo-
fenotipo)
3. Calcolo del rischio di ricorrenza
4. Possibilità di diagnosi prenatale
5. Possibilità di test predittivo
6. Esami clinici e test genetico estesi alla famiglia
7. Migliore caratterizzazione del rapporto genotipo-
fenotipo

6. DISPLASIE SCHELETRICHE DA MUTAZIONE NEL
GENE FGFR3 (chr 4p16.3)
PATOLOGIA Eredità OMIM
1. FGFR3 Group
- Thanatophoric dysplasia type 1 (TD1) AD 187600
- Thanatophoric dysplasia type 2 (TD2) AD 187601
- SADDAN (severe achondroplasia-developmental AD 134934
delay-acanthosis nigricans)
- Achondroplasia AD 100800
- Hypochondroplasia AD 146000
30. Craniosynostosis syndromes and other
cranial ossification disorders
- Crouzon-like craniosynostosis with acanthosis AD
nigricans (Crouzonodermoskeletal syndrome)
- Craniosynostosis Muenke type AD 602849
36. Polydactyly-Syndactyly-Triphalangism
Group
- Lacrimo-Auriculo-Dento-Digital syndrome AD 149730
(LADD)

7. FGFR3
• Recettore del fattore di crescita dei fibroblasti di tipo 3
• Due isoforme (IIIa e IIIb)
• Espresso nel cervello, nella cartilagine e nei precursori delle cellule
dell’osso
Dominio extracellulare
di legame Ig-like
Dominio
transmembrana
Dominio Tyr-
kinasico

9. MUTAZIONI DI FGFR3
HYP MUENKE HYP CROU LADD
S84L P250R Y278C A391E D513N
Ig1 Ig2 Ig3 TM TKp TKd
ACH ACH
G375C G380R
TD1 TD1 HYP TD2 HYP TD1
R248C G370C I538V K650E K650Q TER807R
S249C S371C N540G SADDAN K650N TER807C
Y373C N540K K650M
N540S
Dati ottenuti da http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim

10. EFETTO DELLE MUTAZIONI DI FGFR3
Più probabilmente lega
FGF2, 4, 9 e 18
G380R
Aumento dell’attività di
FGFR3
Horton, GGH 22(4) 2006

11. PATHWAY ATTIVATI DA FGFR3
Horton, GGH 22(4) 2006

12. DIAGNOSI ECOGRAFICA PRENATALE
DISPLASIA TANATOFORA ACONDROPLASIA
Cortesia dr. P. Gaglioti

13. MUTAZIONI FGFR3 IDENTIFICATE PRESSO LA
SS DIAGNOSI E CONSULENZA GENETICA
OIRM-S.ANNA (inizio attività specifica luglio 2009)
Ipocondroplasia Acondroplasia
*
3/25 = 12% 3/7 = 43%
Tutti casi postnatali *
* 2/2 Post-natali
2/2 Post-natali
1/5 Pre-natali
1/5 Pre-natali
POSITIVI
NEGATIVI

14. CRANIOSTENOSI
Fusione prematura di una o più suture craniche
1/2.000 – 1/5.000 nati vivi
Clinicamente eterogenee
Sovrapposizione clinica tra le diverse sindromi
A.Vesalius, De Humani Corporis Fabrica, 1543

15. CRANIOSTENOSI DA MUTAZIONI NEI GENI
FGFR3 (4p16.3), FGFR2 (10q26) e TWIST (7p21)
PATOLOGIA Eredità OMIM
30. Craniosynostosis syndromes and other
cranial ossification disorders
- Crouzon-like craniosynostosis with acanthosis AD
nigricans (Crouzonodermoskeletal syndrome)
- Craniosynostosis Muenke type AD 602849
- Apert syndrome AD 101200
- Craniosynostosis with cutis gyrata (Beare- AD 123790
Stevenson)
- Crouzon syndrome AD 123500
- Pfeiffer syndrome (FGFR2-related) AD 101600
- Saethre-Chotzen syndrome AD 101400

16. FGFR2
18 Esoni, 2 isoforme generate per splicing alternativo
Descritte mutazioni missense (la maggior parte), ins/del, di
splicing
2 mutazioni molto comuni nella S.di Apert: p.Pro253Arg e
p.Ser252Trp
2 hotspot mutazionali nelle sindromi di Crouzon e Pfeiffer:
Cys278 e Cys342
L’esone B del terzo dominio Ig-like è eliminato per splicing
alternativo per formare il keratinocyte growth factor receptor
(KGFR): molte mutazioni delle sindromi di Crouzon, Pfeiffer,
and Jackson-Weiss si concentrano in questo esone
Alta frequenza di mutazioni de novo: quasi tutte di origine
paterna vantaggio nella spermatognesi, regolata dal
pathway FGF-FGFR

17. TWIST – Saethre-Chotzen
Fattore di trascrizione “helix-loop-helix”
Descritte oltre 100 mutazioni: puntiformi,
del/dup dell’intero gene, traslocazioni, inversioni
APLOINSUFFICIENZA
Diagnosi “complessa”: sequenziamento, FISH,
Cariotipo
Regola RUNX2, importante nella differenziazione
degli osteoblasti
Penetranza incompleta + Espressività variabile +
Mutazioni de novo =
storia famigliare (apparentemente) negativa

18. DIAGNOSI DIFFERENZIALE DELLE
CRANIOSINOSTOSI (FGFR2, FGFR3)
Patologia Pollice Mani Alluce Piedi
± Carpal ± Tarsal
Muenke syndrome Normal ± Broad
fusion fusion
Crouzon syndrome Normal Normal Normal Normal
Crouzon syndrome with
Normal Normal Normal Normal
acanthosis nigricans (AN)
Broad, medially Abnormal
Jackson-Weiss syndrome Normal Variable
deviated tarsals
Occasionally Bone Occasionally Bone
Apert syndrome
fused to fingers syndactyly fused to toes syndactyly
Broad, medially Variable Broad, medially Variable
Pfeiffer syndrome
deviated brachydactyly deviated brachydactyly
Beare-Stevenson syndrome Normal Normal Normal Normal
FGFR2-related isolated
Normal Normal Normal Normal
coronal synostosis

20. PROTOCOLLO PER LA DIAGNOSI MOLECOALRE
DELLE CRANIOSINOSTOSI
S.Stenirri, G.Restagno G.B. Ferrero et al., Clin Chem, 2007

21. Nuove metodiche: sviluppo delle condizioni per analisi di
Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification
(MLPA)
SALSA MLPA P080 Craniofacial kit
36 sonde nei geni: ALX4, RUNX2, MSX2, FGFR1, FGFR2, FGFR3,
FGFR4, EFNB1, TWIST1, TWISTNB
Foglio di calcolo del National Genetics Reference Laboratory
(Manchester)
Controllo non affetto di sesso femminile
L. Cremonesi, G.Restagno G.B. Ferrero, M. Ferrari 21

22. Analisi dei pazienti mediante MLPA
Sono stati identificati correttamente i campioni di controllo di delezione:
Controllo di delezione TWIST1 Controllo di delezione TWIST1 e TWISTNB
Caratterizzazione di 9 su 11 pazienti due dei quali hanno mostrato due regioni delete:
Paziente 1 MSX2 – esone 1 Paziente 2 RUNX2 – esone 3
e
L. Cremonesi, G.Restagno G.B. Ferrero, M. Ferrari 22

23. RISCHIO DI RICORRENZA
CRANIOSTENOSI :
Mutazioni FGFR “de novo” <1%
Mutazioni TWIST “de novo” ~7%
(riportato mosaicismo germinale)
CRANIOSTENOSI “SPORADICHE” (no causa genetica
mendeliana)
~5% S.Coronale; ~2% altre Sinostosi

24. E grazie a chi lavora all’OIRM-S.ANNA alla diagnosi genetica
molecolare di queste MR: Anna Sedita, Chiara Michielotto, Marina
Duvant, Cinzia Luciano, Caterina Mari, Cristina De Leo, Federica
Lombardo, Maura Brunetti, Irene Impoco, Irene Ossola, Luca Sbaiz
Ai medici e a tutto il personale dei reparti di Endocrinologia,
Ecografia prenatale, Neurochirurgia, Radiologia, Dismorfologia