Genetic variations in the MeCP2 3'UTR and in the ARX gene influence the pathogenesis of neurodevelopmental disorders

Neurodevelopmental disorders are a large group of common and complex disorders seen in paediatric, child-neurological and clinical genetic practice. They include a wide set of clinically diverse and genetically heterogeneous disorders of varying severity. Even when the clinical and behavioural phenotypes of these disorders are known, the complete mechanisms of these pathologies are still not completely elucidated. The MECP2 and ARX genes are two fundamental genes for a proper evelopment of the brain, pathogenic sequence variations in these genes are known to be responsible respectively of Rett syndrome (RTT) and early epileptic encephalopathies (EIEE). Pathogenic variations in the MECP2 coding region are responsible for 90-95% of classical RTT and for the 40-60% of atypical RTT. The effect and the impact of sequence variations in the very long 3'UTR MECP2 non-coding region in RTT are still not known. This project investigated the possible role of the MECP2 3'UTR in the pathogenesis of RTT through the analysis of the expression levels of MECP2 isoforms, the sequencing of the MECP2 3'UTR, in silico analysis and in vitro functional analysis of 3'UTR sequence alterations. Our results showed altered expression levels of both isoforms among a cohort of 22 RTT patients, without sequence variations in the MECP2 coding region. Two SNPs, one known and one unreported sequence variations were identified as a consequence of screening of the proximal part of the MECP2 3'UTR. The functional analysis of a few variations in the 3'UTR showed that luciferase reporter protein expression levels were increased in neuronal and in non-neuronal cell lines. Pathogenic variations in the ARX gene are responsible of a broad spectrum of neurodevelopmental disorders with and without malformations. Initially only expansions of the polyalanine tracts in this gene were associated with Ohtahara syndrome. As a result of the ARX gene analysis, two previously unreported pathogenic point mutations, in a well-conserved domain, were detected in three boys with Ohtahara syndrome futher confirming the pathogenic role of this gene. The complexity of the etiopathogenesis of the neurodevelopmental disorders remains to be further elucidated and other studies will be necessary to expand our understanding of these disorders to provide accurate diagnosis and genetic counselling for the patients

I disordini del neurosviluppo sono un gruppo di patologie viste nella pratica pediatrica, neurologica e genetica. Includono disordini eterogenei dal punto di vista clinico e genetico. Anche se il fenotipo clinico è noto, i meccanismi molecolari alla base di queste patologie non sono del tutto noti. MECP2 e ARX sono due geni fondamentali per il corretto sviluppo del cervello; variazioni di sequenza in questi geni sono responsabili rispettivamente della sindrome di Rett (RTT) e dell’ encefalopatia epilettica precoce (EIEE). Variazioni nella regione codificante di MECP2 sono responsabili del 90-95% dei casi di RTT classica e del 40-60% in quelli di RTT atipica. L’effetto di variazioni di sequenza nel lungo 3’UTR di MECP2 sull’eziologia della RTT non è noto. Questo progetto studia il possibile ruolo del 3’UTR di MECP2 attraverso l’analisi dell’ espressione delle due isoforme del gene, lo screening mutazionale del 3’UTR, predizioni in silico e studi funzionali utilizzando vettori con alterazioni di sequenza nel 3’UTR. I nostri risultati dimostrano che 22 pazienti RTT, negative all’indagine molecolare della porzione codificante del gene, hanno livelli di espressione variabili delle due isoforme. Lo screening della porzione prossimale del 3’UTR ha portato all’identificazione di due SNPs e due variazioni di cui una non nota in letteratura. Lo studio funzionale dimostra che variazioni di sequenza in questa regione non trascritta portano ad un aumento dell’ espressione della proteina reporter in cellule neuronali e non neuronali. Mutazioni nel gene ARX sono responsabili di un vasto spettro di disordini del neurosviluppo con e senza malformazioni. Inizialmente, solo espansioni dei tratti di polyalanina erano associate alla sindrome di Ohtahara. Lo screening molecolare della porzione codificante del gene ARX ha portato all’identificazione di due nuove punto mutazioni, in un dominio conservato della proteina, in tre pazienti con sindrome di Ohtahara confermando il ruolo patogenetico di questo gene. L’eziopatogenesi dei disturbi del neurosviluppo deve essere chiarite e altri studi saranno necessari per espandere le nostre conoscenze e per poter fornire un’ accurata diagnosi e counselling genetico