Molecular Basis of Pri m ary Cilia ry Dyskinesia

Primary Ciliary Dyskinesia (PCD) is an autosomal recessive disorder due to a dysfunction of the epithelial cilia that do not move properly. It is often caused by a defect in one of the dynein arms, protein complexes that connect between them the axonemal microtubules. The ciliary malfunction leads to respiratory problems, can cause reversal of the asymmetry of internal organs and, in males, may cause infertility, because the sperm flagellum has the same internal architecture as cilia. The PCD is a genetically heterogeneous disease: mutations in any gene coding for each one of the proteins involved in the cilia ultrastructure, assembly or composition, can alter the ciliary function. This study aims at assessing the percentage recurrence of mutations in the 34 PCD known genes and to identify new causative genes to explain the part of PCD patients who remain genetically uncharacterized. The entire exome of a cohort of 65 individuals, belonging to 46 families, was sequenced. Using a custom designed HaloPlex DNA selection panel, including 640 ciliary genes, a total of another 96 additional individuals (85 patients and 9 family members) was analyzed. Only 40% of patients have mutations or likely pathogenic variants in known PCD genes. These findings are different from a recent estimation made by another group, in the United States, that assessed the known PCD genes prevalence around 60%. In 25% of additional families strong candidate genes that will now pass the functional validation were found. In the 3% of patients mutations in CFTR were identified, therefore they suffer of mild Cystic Fibrosis. In almost 68% of patients mutations in known PCD genes or strong candidates were detected, but a molecular diagnosis couldn’t be done for the remaining 32% of patients. Therefore different hypotheses on this remaining 32% can be put forward and the research on ciliopathies still remains an interesting and largely to be studied field.

La Discinesia Ciliare Primaria (PCD) è una malattia autosomica recessiva caratterizzata dalla disfunzione delle cilia epiteliali che non si muovono correttamente. Essa è spesso causata da un difetto in una delle braccia di dineina, complessi proteici che collegano tra loro i microtubuli dell’assonema. La disfunzione ciliare produce problemi respiratori, puo’ dare origine ad asimmetria degli organi interni e, negli uomini, è talvolta causa di infertilità, in quanto il flagello degli spermatozoi presenta la stessa architettura interna delle cilia. La PCD è una malattia geneticamente eterogenea: la mutazione in uno solo dei geni che codificano per le proteine coinvolte nella struttura e nel funzionamento delle cilia puo’ alterare la fisiologia ciliare. Questo studio intende stimare la percentuale di ricorrenza di mutazioni in geni già identificati quali responsabili della PCD e di identificarne di nuovi per poter confermare la diagnosi nei pazienti che restano non caratterizzati geneticamente. L’intero esoma di una coorte di 65 individui appartenenti a 46 famiglie è stato sequenziato. Inoltre, utilizzando un pannello Haloplex personalizzato, contenente 640 geni ciliari quali bersaglio del sequenziamento, un totale di altri 96 pazienti è stato analizzato. Solo il 40% degli individui presi in esame presenta mutazioni patogeniche nei geni che causano la PCD. Questa percentuale differisce da quella stimata da un altro gruppo statunitense che ritiene invece che ben il 60% dei pazienti si possa caratterizzare grazie ai soli geni attualmente noti. In alcune famiglie (25%) sono stati individuati dei geni che, codificando per proteine coinvolte nella struttura e nel funzionamento delle cilia, sono ritenuti essere possibile causa di PCD. Essi verranno sottoposti a validazione funzionale. In circa il 3% degli individui sono state rilevate mutazioni nel gene CFTR. Questo porta a concludere che tali soggetti siano affetti da Fibrosi Cistica piuttosto che da PCD. In conclusione circa il 68% della coorte presa in esame è stato definito geneticamente, dacchè sono state reperite mutazioni patogeniche in geni noti o in buoni candidati. Tuttavia, per il rimanente 38% non è stato possibile raggiungere una diagnosi molecolare. La presenza di individui non ancora caratterizzati geneticamente (32%) dà adito alla formulazione di plurime ipotesi. La ricerca sulle ciliopatie rimane pertanto un settore di indagine interessante ed ampiamente ed ulteriormente studiabile.